Texas Instruments UCC21737-Q1單通道柵極驅(qū)動器是一款電流隔離式柵極驅(qū)動器,設(shè)計(jì)用于工作電壓高達(dá)2121V DC的SiC MOSFET和IGBT,具有先進(jìn)的保護(hù)特性、同類最佳的動態(tài)性能和穩(wěn)健性。該器件具有高達(dá) ±10A的峰值拉電流和灌電流。
數(shù)據(jù)手冊:*附件:Texas Instruments UCC21737-Q1單通道柵極驅(qū)動器數(shù)據(jù)手冊.pdf
采用SiO2 電容隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)與輸出側(cè)隔離。該特性支持高達(dá)1.5kVRMS 的工作電壓和12.8 kVPK 的浪涌抗擾度,以及超過40年的隔離柵使用壽命。它還具有低零件間偏移和大于150V/ns的共模噪聲抑制(CMTI)。
Texas Instruments UCC21737-Q1具有先進(jìn)的保護(hù)特性,例如快速過流和短路檢測、故障報(bào)告和分流檢測支持。它還配有源米勒鉗位以及輸入和輸出側(cè)電源UVLO,以優(yōu)化SiC和IGBT的開關(guān)特性和穩(wěn)健性。ASC功能可用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)強(qiáng)制打開電源。該特性提高了驅(qū)動器的多功能性,有助于簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì),降低尺寸和成本。
特性
- 5.7kV
RMS單通道隔離式柵極驅(qū)動器 - 具有符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的下列結(jié)果:
- 環(huán)境工作溫度范圍:-40°C至+150°C(器件溫度0級)
- 器件人體模型 (HBM) 靜電放電 (ESD) 分類等級3A
- 器件充電器件模型(CDM) ESD分類等級C6
- 高達(dá)2121V
pk的SiC MOSFET和IGBT - 33V最大輸出驅(qū)動電壓(VDD-VEE)
- ±10A驅(qū)動強(qiáng)度和分離輸出
- 最低CMTI:150V/ns
- 270ns響應(yīng)時(shí)間快速過流保護(hù)
- 外部有源米勒鉗位
- 發(fā)生故障時(shí)軟關(guān)斷:900mA
- 隔離側(cè)的ASC輸入可在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)打開電源開關(guān)
- 過流報(bào)警FLT和RST/EN復(fù)位
- 在RST/EN上快速啟用/禁用響應(yīng)
- 可抑制< 40ns的輸入引腳噪聲瞬變和脈沖
- 12V V
DDUVLO和–3V VEEUVLO,并通過RDY引腳指示電源良好 - 輸入/輸出可耐受高達(dá)5 V的過沖/欠沖瞬態(tài)電壓
- 130 ns(最大值)傳播延遲和30 ns(最大值)脈沖/零件偏移
- SOIC-16 DW封裝,爬電距離和間隙>8mm
- 工作結(jié)溫范圍:–40°C至150°C
功能框圖
UCC21737-Q1 汽車級SiC/IGBT隔離柵極驅(qū)動器技術(shù)解析
一、產(chǎn)品概述
UCC21737-Q1是德州儀器(TI)推出的符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的汽車級單通道隔離柵極驅(qū)動器,專為電動汽車牽引逆變器、車載充電器等高壓應(yīng)用設(shè)計(jì)。該器件采用SOIC-16 DW封裝,具有8mm以上的爬電距離和間隙,支持SiC MOSFET和IGBT驅(qū)動,最高工作電壓達(dá)2121Vpk。
?核心特性?:
- ?強(qiáng)驅(qū)動能力?:±10A峰值源/灌電流輸出
- ?高隔離等級?:5.7kVRMS增強(qiáng)隔離,150V/ns CMTI
- ?快速保護(hù)?:270ns過流響應(yīng)時(shí)間,集成軟關(guān)斷(900mA)
- ?靈活配置?:支持分離輸出、外部有源米勒鉗位
- ?汽車認(rèn)證?:AEC-Q100 Grade 1(-40°C至+125°C)
- ?功能安全?:提供功能安全設(shè)計(jì)文檔支持
二、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新
1. 隔離與驅(qū)動架構(gòu)
采用SiO2電容隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸入/輸出側(cè)5.7kVRMS電氣隔離,具有:
- ?超長壽命?:40年以上隔離屏障壽命
- ?低傳輸延遲?:130ns最大傳播延遲
- ?高抗干擾?:>150V/ns共模瞬態(tài)抗擾度(CMTI)
驅(qū)動級采用混合上拉結(jié)構(gòu)(PMOS與NMOS并聯(lián)),在米勒平臺區(qū)提供更低等效阻抗(約0.7Ω),顯著降低開關(guān)損耗。
2. 多重保護(hù)機(jī)制
?四級保護(hù)體系?:
- ?電源監(jiān)控?:12V VDD UVLO和-3V VEE UVLO
- ?過流保護(hù)?:支持SenseFET/DESAT/分流電阻三種檢測方式
- ? 主動短路(ASC) ?:系統(tǒng)故障時(shí)強(qiáng)制開關(guān)管導(dǎo)通
- ?熱關(guān)斷?:結(jié)溫超過150°C自動保護(hù)
三、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)
1. 電動汽車牽引逆變器驅(qū)動方案
?設(shè)計(jì)參數(shù)?:
- 母線電壓:800V DC
- 開關(guān)頻率:50kHz
- IGBT模塊:3300nC柵極電荷
?關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)?:
- ?柵極電阻選型?:
- 開啟電阻(RON):1Ω(實(shí)現(xiàn)5.9A峰值驅(qū)動)
- 關(guān)斷電阻(ROFF):1Ω(實(shí)現(xiàn)6.7A峰值驅(qū)動)
- ?電源去耦?:
- VDD-COM:10μF+100nF MLCC
- VEE-COM:10μF+100nF MLCC
- ?保護(hù)電路?:
- DESAT檢測閾值設(shè)置:R1=10kΩ, R2=5.1kΩ, CBLK=1nF
- 軟關(guān)斷時(shí)間:tSTO=2μs → CSTO=40nF
2. PCB布局指南
- ?功率回路?:
- COM引腳采用開爾文連接至IGBT發(fā)射極
- 柵極回路面積<1cm2
- ?隔離設(shè)計(jì)?:
- 器件下方保持無銅區(qū)域
- 輸入/輸出側(cè)地平面分離
- ?熱管理?:
- 使用2oz銅厚PCB
- 添加16個(gè)φ0.3mm散熱過孔
四、性能參數(shù)對比
參數(shù) | UCC21737-Q1 | 競品A | 優(yōu)勢分析 |
---|---|---|---|
傳播延遲(ns) | 90(典型) | 120 | 降低33%死區(qū)時(shí)間 |
CMTI(V/ns) | 150 | 100 | 提升50%抗干擾能力 |
過流響應(yīng)時(shí)間(ns) | 270 | 500 | 縮短46%保護(hù)延時(shí) |
工作結(jié)溫(°C) | -40~150 | -40~125 | 擴(kuò)展高溫工作范圍 |
五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
- ?并聯(lián)緩沖器配置?:
當(dāng)驅(qū)動電流需超過10A時(shí),可外接MJW44H11/MJW45H11緩沖對,需注意:- 添加RSTO≥(VDD-VEE)/10限流電阻
- 按tSTO=ISTO×CSTO/(VDD-VEE)計(jì)算軟關(guān)斷電容
- ?ASC功能實(shí)現(xiàn)?:
- ASC引腳電壓>2.9V時(shí)激活
- APWM輸出400kHz PWM信號用于狀態(tài)監(jiān)控
- 典型響應(yīng)延遲:660ns(上升)/300ns(下降)
- ?熱設(shè)計(jì)驗(yàn)證?:
- 計(jì)算最大功耗:PDR=0.1W(靜態(tài))+0.505W(開關(guān))=0.605W@50kHz
- 驗(yàn)證結(jié)溫:Tj=125°C+(32.3°C/W×0.605W)≈145°C
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