Texas Instruments UCC5871-Q1 IGBT/SiC MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器是一款隔離式、高度可配置的單通道柵極驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)EV/HEV應(yīng)用中的大功率SiC MOSFET和IGBT。功率晶體管保護(hù)，如基于分流電阻器的過(guò)流、基于NTC的過(guò)熱和DESAT檢測(cè)，包括在這些故障期間可選擇的軟關(guān)斷或兩級(jí)關(guān)斷。–為了進(jìn)一步減小應(yīng)用尺寸，Texas Instruments UCC5871-Q1在開(kāi)關(guān)期間集成了4A有源米勒鉗位，在驅(qū)動(dòng)器斷電時(shí)集成了有源柵極下拉。集成的10位ADC支持監(jiān)控多達(dá)六個(gè)模擬輸入和柵極驅(qū)動(dòng)器溫度，從而增強(qiáng)系統(tǒng)管理。集成診斷和檢測(cè)功能，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這些特性的參數(shù)和閾值可通過(guò)SPI接口進(jìn)行配置，因此該器件幾乎可以與任何SiC MOSFET或IGBT搭配使用。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Texas Instruments UCC5871-Q1 IGBT，SiC MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

特性

• 分離輸出驅(qū)動(dòng)器提供30A峰值拉電流和30A峰值灌電流。
• 互鎖和擊穿保護(hù)，具有150ns（最大值）傳播延遲和可編程最小脈沖抑制
• 一次側(cè)和二次側(cè)有源短路 (ASC) 支持
• 可配置功率晶體管保護(hù)
  • 基于DESAT的短路保護(hù)
  • 基于分流電阻的過(guò)流和短路保護(hù)
  • 基于NTC的過(guò)熱保護(hù)
  • 功率晶體管故障時(shí)可編程軟關(guān)斷 (STO) 和兩級(jí)關(guān)斷 (2LTOFF)
• 集成的診斷
  • 內(nèi)置自檢 (BIST)，用于保護(hù)比較器
  • IN+至晶體管柵極路徑完整性
  • 功率晶體管閾值監(jiān)控
  • 內(nèi)部時(shí)鐘監(jiān)控
  • 故障報(bào)警 (nFLT1) 和警告 (nFLT2) 輸出
• 符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)
  • 開(kāi)發(fā)用于功能安全應(yīng)用
  • 可提供文檔，協(xié)助ISO 26262系統(tǒng)設(shè)計(jì)（高達(dá)ASIL D）
• 集成4A有源米勒鉗位或可選外部驅(qū)動(dòng)，用于米勒鉗位晶體管
• 先進(jìn)的高壓鉗位控制
• 內(nèi)部和外部電源欠壓和過(guò)壓保護(hù)
• 有源輸出下拉和默認(rèn)低輸出，電源或浮動(dòng)輸入低
• 驅(qū)動(dòng)器裸片溫度檢測(cè)和過(guò)熱保護(hù)
• 共模瞬態(tài)抑制 (CMTI)：100kV/μs（最小值，VCM=1000V時(shí)）
• 基于SPI的設(shè)備重新配置、驗(yàn)證、監(jiān)控和診斷
• 集成10位ADC，用于功率晶體管溫度、電壓和電流監(jiān)控

簡(jiǎn)化示意圖

德州儀器UCC5871-Q1汽車級(jí)IGBT/SiC MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器技術(shù)解析

一、產(chǎn)品概述與核心特性

UCC5871-Q1是德州儀器(TI)推出的汽車級(jí)單通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，專為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車(EV/HEV)應(yīng)用中的高功率SiC MOSFET和IGBT設(shè)計(jì)。該器件采用TI專有的SiO?隔離技術(shù)，具有以下顯著特性：

• ?超高驅(qū)動(dòng)能力?：提供30A峰值灌電流和30A峰值拉電流，采用分體式輸出設(shè)計(jì)優(yōu)化開(kāi)關(guān)性能
• ?先進(jìn)保護(hù)機(jī)制?：集成DESAT去飽和保護(hù)、基于分流電阻的過(guò)流保護(hù)、NTC溫度保護(hù)及可編程軟關(guān)斷(STO)和兩級(jí)關(guān)斷(2LTOFF)功能
• ?功能安全合規(guī)?：支持ISO 26262系統(tǒng)設(shè)計(jì)至ASIL D等級(jí)，提供完整的文檔支持
• ?集成診斷功能?：包含保護(hù)比較器自檢(BIST)、柵極路徑完整性檢測(cè)、功率管閾值監(jiān)控和內(nèi)部時(shí)鐘監(jiān)測(cè)
• ?靈活配置接口?：通過(guò)SPI接口實(shí)現(xiàn)器件重配置、驗(yàn)證和診斷，支持100kHz至4MHz時(shí)鐘速率

二、關(guān)鍵電氣參數(shù)與性能

2.1 電源規(guī)格

• ?輸入側(cè)供電?：VCC1范圍3V至5.5V，典型靜態(tài)電流7.7mA
• ?輸出側(cè)供電?：VCC2范圍15V至30V，VEE2范圍-12V至0V，總供電電壓(VCC2-VEE2)不超過(guò)30V
• ?保護(hù)閾值?：
  • VCC2欠壓鎖定(UVLO)四檔可調(diào)(10V/12V/14V/16V)
  • VCC2過(guò)壓鎖定(OVLO)四檔可調(diào)(18V/20V/22V/24V)
  • VEE2欠壓鎖定三檔可調(diào)(-3V/-5V/-8V)

2.2 驅(qū)動(dòng)性能

• ?輸出特性?：
  • 高邊輸出電壓(VOUTH)：VCC2-33mV(典型值@100mA)
  • 低邊輸出電壓(VOUTL)：33mV(典型值@100mA)
  • 峰值驅(qū)動(dòng)電流：15A(源出)/15A(灌入)
• ?開(kāi)關(guān)參數(shù)?：
  • 傳播延遲：150ns(典型值@0.1nF負(fù)載)
  • 上升/下降時(shí)間：150ns(10nF負(fù)載)
  • 最大開(kāi)關(guān)頻率：50kHz(ADC禁用時(shí))

2.3 保護(hù)功能參數(shù)

• ?DESAT保護(hù)?：
  • 16級(jí)閾值可調(diào)(2.5V-11V)
  • 反應(yīng)時(shí)間160ns+濾波時(shí)間(最快316ns)
• ?過(guò)流保護(hù)?：
  • 16級(jí)閾值可調(diào)(170mV-998mV)
  • 響應(yīng)時(shí)間175ns+濾波時(shí)間
• ?溫度保護(hù)?：
  • 驅(qū)動(dòng)器結(jié)溫警告/關(guān)斷閾值可調(diào)
  • 功率管溫度保護(hù)8級(jí)閾值(0.95V-2.8875V)

三、系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 典型應(yīng)用電路

器件支持多種拓?fù)渑渲?，典型?yīng)用包括：

1. ?牽引逆變器驅(qū)動(dòng)?：通過(guò)DESAT檢測(cè)和主動(dòng)短路(ASC)功能實(shí)現(xiàn)故障快速響應(yīng)
2. ?功率模塊驅(qū)動(dòng)?：利用集成ADC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功率管溫度/電壓/電流
3. ?高邊/低側(cè)配置?：通過(guò)VBST引腳實(shí)現(xiàn)自舉供電，支持1000V DC鏈路電壓

3.2 保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)

• ?DESAT電路設(shè)計(jì)?：
  • 在DESAT引腳與功率管集電極間串聯(lián)二極管和電阻
  • 并聯(lián)100pF-1nF電容設(shè)置消隱時(shí)間
• ?有源米勒鉗位?：
  • 內(nèi)部集成4A鉗位電流
  • 支持外部MOSFET驅(qū)動(dòng)模式(CLAMP引腳)
• ?兩級(jí)關(guān)斷?：
  • 可編程平臺(tái)電壓(5V-14V)
  • 保持時(shí)間150ns-2.5μs可調(diào)

3.3 PCB布局建議

1. ?電源去耦?：VCC2/VEE2旁路電容應(yīng)盡量靠近器件(推薦1μF陶瓷電容+bulk電容)
2. ?熱管理?：

• 優(yōu)先擴(kuò)大VEE2銅箔面積
• 多層板建議通過(guò)過(guò)孔連接內(nèi)部平面

3. ?高壓隔離?：

• 器件下方建議做PCB開(kāi)槽
• 高低壓走線間距至少8mm(滿足8mm爬電距離)

4. ?柵極回路?：

• 限制功率管柵極驅(qū)動(dòng)環(huán)路面積
• 自舉二極管應(yīng)貼近驅(qū)動(dòng)器和功率管

四、功能安全與診斷

4.1 安全特性

• ?故障指示?：雙路故障輸出(nFLT1/nFLT2)支持可屏蔽中斷
• ?內(nèi)置自檢?：
  • 保護(hù)比較器周期性自檢
  • 柵極路徑完整性驗(yàn)證
• ?時(shí)鐘監(jiān)控?：檢測(cè)SPI時(shí)鐘異常

4.2 ADC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

• ?10位分辨率?：監(jiān)測(cè)6路模擬輸入(AI1-AI6)
• ?多路復(fù)用功能?：
  • 功率管溫度(NTC)
  • 集電極電壓(通過(guò)電阻分壓)
  • 電流檢測(cè)(分流電阻)
• ?工作模式?：
  • 邊緣觸發(fā)模式(5.1μs轉(zhuǎn)換時(shí)間)
  • 混合模式(0.4ms保持時(shí)間)