高性能MOSFET驅(qū)動(dòng)器UCC27423-EP和UCC27424-EP深度剖析

TI推出的UCC27423-EP和UCC27424-EP兩款高性能MOSFET驅(qū)動(dòng)器，在高速、高功率應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)顯著。下面就為大家詳細(xì)介紹下這兩款驅(qū)動(dòng)器的各項(xiàng)特性和應(yīng)用要點(diǎn)。

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產(chǎn)品概述

UCC2742x-EP是專為高速和高可靠性應(yīng)用設(shè)計(jì)的雙路4A高速低側(cè)MOSFET驅(qū)動(dòng)器。具備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳排列，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都有使能功能，驅(qū)動(dòng)能力達(dá)到±4A。其獨(dú)特的雙極和CMOS True-Drive輸出級(jí)，能在MOSFET米勒閾值處提供高電流。輸入與TTL/CMOS兼容，不受電源電壓影響。在1.8nF負(fù)載下，典型上升時(shí)間為20ns，典型下降時(shí)間為15ns，典型傳播延遲時(shí)間在輸入下降時(shí)為25ns，輸入上升時(shí)為35ns。電源電壓范圍為4.5V至15V，雙輸出可并聯(lián)以獲得更高驅(qū)動(dòng)電流。

產(chǎn)品特性

• 高電流驅(qū)動(dòng)能力：能夠提供±4A的高電流驅(qū)動(dòng)能力，滿足大多數(shù)功率MOSFET的快速開(kāi)關(guān)需求。
• 獨(dú)特輸出級(jí)設(shè)計(jì)：采用雙極和MOSFET混合輸出級(jí)，在MOSFET開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的米勒平臺(tái)區(qū)域提供高效的電流驅(qū)動(dòng)，提高了開(kāi)關(guān)效率。
• 寬電源電壓范圍：4.5V至15V的電源電壓范圍，增加了在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的靈活性。
• TTL/CMOS兼容輸入：輸入信號(hào)與TTL/CMOS邏輯兼容，且獨(dú)立于電源電壓，方便與各種控制器接口。
• 快速開(kāi)關(guān)時(shí)間：典型的上升時(shí)間20ns和下降時(shí)間15ns，以及較低的傳播延遲，確保了高速開(kāi)關(guān)性能。
• 使能功能：每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都有獨(dú)立的使能輸入，可實(shí)現(xiàn)靈活的控制。
• 熱增強(qiáng)封裝：采用熱增強(qiáng)型MSOP PowerPAD?封裝，有效降低熱阻，提高長(zhǎng)期可靠性。

應(yīng)用領(lǐng)域

UCC27423-EP和UCC27424-EP適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括開(kāi)關(guān)模式電源、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制器、線路驅(qū)動(dòng)器和D類開(kāi)關(guān)放大器等。

規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

在工作自由空氣溫度范圍內(nèi)，需要注意各參數(shù)的最大額定值。如電源電壓 (V_{DD}) 范圍為 -0.3V 至 16V，輸出電流有直流和脈沖的不同限制等。超出這些絕對(duì)最大額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

ESD ratings（靜電放電額定值）

具備一定的靜電放電保護(hù)能力，人體模型（HBM）下，所有引腳的靜電放電額定值為±4000V，帶電設(shè)備模型（CDM）下為±1000V。

推薦工作條件

推薦的工作結(jié)溫范圍為 -55°C 至 125°C，在這個(gè)范圍內(nèi)使用能確保設(shè)備的性能和可靠性。

熱信息和功率耗散額定值

不同封裝的熱阻和功率耗散能力有所不同。比如，UCC27423-EP采用SOIC-8（D）封裝，UCC27424-EP采用熱增強(qiáng)型8引腳PowerPAD? MSOP封裝（DGN），后者的熱阻更低，能有效提高長(zhǎng)期可靠性。

電氣特性

在不同的電源電壓和溫度條件下，驅(qū)動(dòng)器的各項(xiàng)電氣特性表現(xiàn)良好。例如，在 (V{DD}=4.5V) 至 15V， (T{A}=-55^{circ}C) 至 125°C 的條件下，輸入閾值、輸出電流、輸出電阻、開(kāi)關(guān)時(shí)間等都有明確的參數(shù)范圍。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸入輸出配置

UCC27423的反相輸出用于驅(qū)動(dòng)外部P溝道MOSFET，UCC27424的同相輸出用于驅(qū)動(dòng)外部N溝道MOSFET。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際使用的MOSFET類型選擇合適的驅(qū)動(dòng)器。

輸入閾值和信號(hào)要求

輸入閾值具有3.3V邏輯靈敏度，且與0至 (V_{DD}) 信號(hào)兼容。輸入信號(hào)應(yīng)具有較短的上升或下降時(shí)間，避免使用緩慢變化的輸入電壓，以免導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸出高頻反復(fù)開(kāi)關(guān)。如果需要限制功率器件的上升或下降時(shí)間，可以在驅(qū)動(dòng)器輸出和負(fù)載設(shè)備之間添加外部電阻。

輸出級(jí)設(shè)計(jì)

輸出級(jí)能夠提供±4A的峰值電流脈沖，且擺幅可達(dá) (V_{DD}) 和GND。上拉/下拉電路由雙極和MOSFET晶體管并聯(lián)構(gòu)成，在許多情況下無(wú)需外部肖特基鉗位二極管。在MOSFET開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的米勒平臺(tái)區(qū)域，UCC27423系列能夠提供4A的柵極驅(qū)動(dòng)，提高效率。

電源設(shè)計(jì)

為了獲得最佳的高速電路性能，建議使用兩個(gè) (V{DD}) 旁路電容來(lái)防止噪聲問(wèn)題。一個(gè)0.1μF的陶瓷電容應(yīng)靠近 (V{DD}) 到地的連接，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)較大的、ESR相對(duì)較低的電容（如1μF），以幫助為負(fù)載提供高峰值電流。

使能功能設(shè)計(jì)

UCC2742x提供雙使能輸入，用于更好地控制每個(gè)驅(qū)動(dòng)器通道的操作。使能引腳內(nèi)部通過(guò)100kΩ電阻上拉至 (V_{DD})，實(shí)現(xiàn)高電平有效操作。使能輸入與邏輯信號(hào)和緩慢變化的模擬信號(hào)兼容，可以直接驅(qū)動(dòng)，也可以通過(guò)在ENBA、ENBB和AGND之間連接電容來(lái)編程上電延遲。

布局設(shè)計(jì)

• 減少寄生電感：將驅(qū)動(dòng)器盡可能靠近功率器件放置，以減少輸出引腳和功率器件柵極之間的高電流走線長(zhǎng)度。使用較寬的PCB走線來(lái)降低與柵極驅(qū)動(dòng)連接相關(guān)的電感。
• 優(yōu)化電容布局：將 (V_{DD}) 旁路電容盡可能靠近驅(qū)動(dòng)器放置，且走線長(zhǎng)度要短，以改善噪聲濾波效果。推薦使用低電感的SMD組件，如貼片電阻和貼片電容。
• 最小化電流環(huán)路：盡量減小導(dǎo)通和關(guān)斷電流環(huán)路的路徑長(zhǎng)度，以降低雜散電感。在可能的情況下，將源極和返回走線（如輸出和輸入信號(hào)）進(jìn)行并聯(lián)。
• 采用星點(diǎn)接地：使用星點(diǎn)接地方式可以最小化電流環(huán)路之間的噪聲耦合。將驅(qū)動(dòng)器的GND與其他電路節(jié)點(diǎn)（如功率開(kāi)關(guān)的源極和PWM控制器的地）在一點(diǎn)連接，連接路徑應(yīng)盡可能短以減少電感，盡可能寬以減少電阻。
• 使用接地平面：使用接地平面提供噪聲屏蔽。接地平面不應(yīng)作為任何電流環(huán)路的傳導(dǎo)路徑，而應(yīng)通過(guò)一條單走線連接到星點(diǎn)以建立接地電位。此外，接地平面還可以幫助散熱。

應(yīng)用案例

以UCC2742x作為升壓轉(zhuǎn)換器中功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)器為例，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮輸入到輸出的配置、輸入閾值類型、偏置電源電壓、峰值源極和漏極電流、獨(dú)立使能和禁用功能的可用性、傳播延遲、功率耗散和封裝類型等因素。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，選擇合適的驅(qū)動(dòng)器和相關(guān)參數(shù)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。

總結(jié)

UCC27423-EP和UCC27424-EP是兩款性能出色的MOSFET驅(qū)動(dòng)器，在高速、高功率應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)和參數(shù)，同時(shí)注意布局、電源等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)器的性能，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。大家在使用過(guò)程中遇到什么問(wèn)題，歡迎一起討論交流。