UCC27624V：高性能雙通道低側(cè)柵極驅(qū)動器的深度剖析

在電子工程師的日常工作中，開關電源應用領域常常需要高性能的柵極驅(qū)動器來滿足各種復雜的設計需求。TI推出的UCC27624V雙通道低側(cè)柵極驅(qū)動器，憑借其出色的性能和豐富的特性，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討一下這款柵極驅(qū)動器。

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一、UCC27624V核心特性

強大的驅(qū)動能力

UCC27624V每個通道典型的峰值源極和灌電流驅(qū)動能力可達5A，能夠快速地對功率開關進行充放電，有效降低功率開關的上升和下降時間，從而降低開關損耗，提高系統(tǒng)效率。

寬電壓和溫度范圍

它具有9.5V至26V的寬VDD工作范圍，結(jié)合欠壓鎖定（UVLO）保護功能，能適應不同的電源環(huán)境。同時，其工作結(jié)溫范圍為–40°C至150°C，可在各種惡劣的溫度條件下穩(wěn)定工作。

高可靠性與抗干擾性

輸入和使能引腳能夠承受–10V的電壓，輸出能承受–2V的瞬態(tài)電壓，這使得它在存在接地反彈等噪聲的系統(tǒng)中表現(xiàn)出極高的可靠性。此外，其遲滯邏輯閾值和1V典型的遲滯特性，提供了出色的抗噪聲能力。

快速的開關特性

典型的17ns傳播延遲和6ns/10ns的上升/下降時間，以及1ns的通道間延遲匹配，確保了低脈沖傳輸失真和精確的時序控制，非常適合高頻開關應用。

靈活的通道配置

兩個獨立的柵極驅(qū)動通道，每個通道都有獨立的使能功能，方便工程師根據(jù)實際需求進行靈活配置。而且兩個通道還可以并聯(lián)以獲得更高的驅(qū)動電流。

二、應用領域廣泛

UCC27624V適用于多種開關電源應用，如開關模式電源（SMPS）、功率因數(shù)校正（PFC）電路、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機驅(qū)動器、太陽能電源和脈沖變壓器驅(qū)動器等。特別是隨著寬禁帶功率器件（如SiC MOSFET）的發(fā)展，UCC27624V的寬工作電壓范圍、低傳播延遲和良好的延遲匹配等特性，正好滿足了這些新型器件對柵極驅(qū)動的特殊要求。

三、詳細特性解讀

輸入級設計

輸入引腳采用與TTL兼容的閾值邏輯，固定且獨立于VDD電源電壓，可與3.3V和5V數(shù)字電源控制器的PWM控制信號直接連接。1V典型的遲滯特性提供了比傳統(tǒng)TTL邏輯更好的抗噪聲能力，同時低輸入電容減少了負載并提高了開關速度。此外，輸入引腳能夠承受–10V的電壓，可直接連接到柵極驅(qū)動變壓器的輸出，節(jié)省了電路板空間和BOM成本。

使能功能

每個通道都有獨立的使能引腳（ENx），基于非反相配置（高電平有效）。使能引腳同樣采用與TTL兼容的閾值邏輯，可由3.3V或5V控制器的邏輯信號有效控制。ENx引腳內(nèi)部上拉，浮空時默認通道使能，方便與TI的前代驅(qū)動器實現(xiàn)引腳兼容。該功能在同步整流等應用中非常有用，可以在輕載條件下禁用驅(qū)動器輸出，防止負電流循環(huán)，提高輕載效率。

輸出級架構

輸出級采用獨特的上拉結(jié)構，在功率開關開啟的米勒平臺區(qū)域能夠提供最高的峰值源電流。上拉結(jié)構采用N溝道和P溝道MOSFET并聯(lián)的混合結(jié)構，在輸出從低電平變?yōu)楦唠娖綍r，N溝道MOSFET短暫開啟，提供峰值源電流，實現(xiàn)快速開啟。下拉結(jié)構則由N溝道MOSFET組成。每個輸出級能夠提供5A的峰值源電流和5A的峰值灌電流脈沖，輸出電壓在VDD和GND之間擺動，實現(xiàn)軌到軌操作。此外，輸出能夠承受5A的峰值反向電流瞬變，適用于雙極性、對稱驅(qū)動的柵極變壓器應用。

低傳播延遲和匹配輸出

UCC27624V具有典型的17ns輸入輸出傳播延遲，以及1ns的通道間延遲匹配。這不僅為高頻開關應用提供了極低的脈沖傳輸失真，還便于將兩個通道并聯(lián)以獲得更高的驅(qū)動電流，在驅(qū)動并聯(lián)功率開關時非常有用。

四、應用與設計要點

電源設計

UCC27624V的VDD引腳電源電路具有內(nèi)部欠壓鎖定（UVLO）保護功能，典型的UVLO閾值為8V，具有500mV的遲滯。在電源啟動時，VDD電壓達到UVLO上升閾值之前，輸出保持低電平。為了獲得最佳的高速電路性能和防止噪聲問題，建議在VDD和GND引腳之間使用兩個旁路電容，一個0.1μF的陶瓷電容應放置在距離柵極驅(qū)動器VDD引腳小于1mm的位置，另一個≥1μF的較大電容應與之并聯(lián)。

驅(qū)動電流和功耗計算

UCC27624V能夠在VDD = 12V時為開關功率器件的柵極提供5A的峰值電流。驅(qū)動功率器件時的功耗主要取決于功率MOSFET的柵極電荷、開關頻率和外部柵極電阻。當驅(qū)動功率MOSFET時，可根據(jù)柵極電荷Qg計算功耗：$P{G}=Q{g} V{D D} f{S W}$。如果不使用外部柵極電阻，功耗將全部在驅(qū)動器封裝內(nèi)消耗；使用外部柵極電阻時，功耗將在驅(qū)動器內(nèi)部電阻和外部柵極電阻之間分配。此外，驅(qū)動器內(nèi)部電路的靜態(tài)功耗相對較小，可通過$P{Q}=I{D D} V_{D D}$計算。

PCB布局

在設計UCC27624V的PCB布局時，需要遵循一些重要的準則。首先，應將驅(qū)動器IC盡可能靠近功率器件，以減少高電流走線的長度，降低電感和噪聲。VDD旁路電容應盡可能靠近驅(qū)動器IC，以提高噪聲濾波效果。同時，應盡量減小開關電流回路的面積，以降低雜散電感。此外，應將電源走線和信號走線分開，以避免干擾。為了減少開關節(jié)點的瞬變和振鈴，可在功率器件上添加柵極電阻和/或緩沖器。采用星型接地方式可以最小化不同電流回路之間的噪聲耦合，并且應使用接地平面進行噪聲屏蔽。

五、總結(jié)

UCC27624V作為一款高性能的雙通道低側(cè)柵極驅(qū)動器，憑借其強大的驅(qū)動能力、寬電壓和溫度范圍、高可靠性、快速的開關特性以及靈活的通道配置等優(yōu)勢，在開關電源應用領域具有廣泛的應用前景。在實際設計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇電源、計算驅(qū)動電流和功耗，并遵循正確的PCB布局準則，以充分發(fā)揮UCC27624V的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、可靠的開關電源設計。大家在使用UCC27624V的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨特的設計經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。