UCC2732x/UCC3732x高速MOSFET驅(qū)動(dòng)器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南

在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中，高速、高效的MOSFET驅(qū)動(dòng)器對(duì)于提升系統(tǒng)性能至關(guān)重要。德州儀器（TI）的UCC2732x/UCC3732x系列高速驅(qū)動(dòng)器憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多應(yīng)用場(chǎng)景的理想選擇。本文將深入探討該系列驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為電子工程師們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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一、UCC2732x/UCC3732x驅(qū)動(dòng)器概述

UCC2732x/UCC3732x系列驅(qū)動(dòng)器在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳排列的基礎(chǔ)上，增加了使能功能，能夠提供高達(dá)±9A的峰值驅(qū)動(dòng)電流，尤其在米勒平臺(tái)區(qū)域表現(xiàn)出色。其獨(dú)特的雙極和CMOS輸出級(jí)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高效的恒流源輸出，同時(shí)具備TTL/CMOS兼容輸入，獨(dú)立于電源電壓，具有低傳播延遲和快速的上升/下降時(shí)間。

1.1 主要特性

• 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳與使能功能：采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳排列，并增加了使能功能，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)集成。
• 高電流驅(qū)動(dòng)能力：利用TrueDrive技術(shù)，在米勒平臺(tái)區(qū)域可提供±9A的高峰值電流驅(qū)動(dòng)能力，能夠驅(qū)動(dòng)大型MOSFET。
• 高效輸出級(jí)設(shè)計(jì)：獨(dú)特的雙極和CMOS混合輸出級(jí)，實(shí)現(xiàn)了高效的恒流源輸出，提高了驅(qū)動(dòng)效率。
• 兼容輸入：TTL/CMOS兼容輸入，獨(dú)立于電源電壓，增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)器的通用性。
• 快速響應(yīng)時(shí)間：典型的上升和下降時(shí)間為20ns（負(fù)載10nF），傳播延遲時(shí)間短（輸入下降時(shí)25ns，輸入上升時(shí)35ns）。
• 寬電源電壓范圍：電源電壓范圍為4V至15V，可適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
• 熱增強(qiáng)封裝：提供熱增強(qiáng)型MSOP PowerPAD?封裝，熱阻低至4.7°C/W，提高了散熱性能。
• 溫度范圍廣：工作溫度范圍為 -40°C至 +105°C，適用于各種惡劣環(huán)境。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

該系列驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于開關(guān)模式電源、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制器、D類開關(guān)放大器、線路驅(qū)動(dòng)器和脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域。

二、功能詳細(xì)解析

2.1 輸入級(jí)

UCC3732x系列驅(qū)動(dòng)器的輸入閾值在全VDD電壓范圍內(nèi)具有3.3V邏輯靈敏度，兼容0V至VDD信號(hào)。輸入能夠承受500mA的反向電流，且輸入閾值關(guān)斷略有提高，增強(qiáng)了抗噪能力。輸入信號(hào)的上升或下降時(shí)間應(yīng)較短，以確保驅(qū)動(dòng)器正常工作。

2.2 輸出級(jí)

TrueDrive輸出級(jí)能夠提供±9A的峰值電流脈沖，可驅(qū)動(dòng)Mosfet進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。輸出級(jí)由雙極和MOSFET晶體管并聯(lián)構(gòu)成，輸出電阻低，能夠有效減少過沖和下沖現(xiàn)象，許多情況下無需外部肖特基鉗位二極管。這種獨(dú)特的混合輸出架構(gòu)在低電源電壓下也能實(shí)現(xiàn)高效的電流源輸出，尤其在MOSFET開關(guān)過渡的米勒平臺(tái)區(qū)域表現(xiàn)出色。

2.3 米勒平臺(tái)期間的源和灌電流能力

大型功率MOSFET對(duì)控制電路提出了較高的要求，UCC3732x驅(qū)動(dòng)器在開關(guān)過渡的米勒平臺(tái)區(qū)域進(jìn)行了優(yōu)化，能夠提供最大驅(qū)動(dòng)電流。通過測(cè)試電路驗(yàn)證，在VDD = 15V時(shí)，UCC37321能夠吸收和提供9A的電流。在較低VDD時(shí)，灌電流能力略強(qiáng)于源電流能力，有助于確保MOSFET在電源瞬變時(shí)保持關(guān)斷狀態(tài)。

2.4 使能功能

UCC37321/2提供使能輸入，內(nèi)部通過100kΩ電阻上拉至VDD，實(shí)現(xiàn)高電平有效操作。使能輸入兼容邏輯信號(hào)和緩慢變化的模擬信號(hào)，可直接驅(qū)動(dòng)或通過電容編程實(shí)現(xiàn)上電延遲。當(dāng)使能信號(hào)為高時(shí)，器件啟用；為低時(shí)，器件禁用，輸出狀態(tài)為低。

三、典型應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 典型應(yīng)用電路

UCC27322和UCC37322的典型應(yīng)用電路如下圖所示： 插入Figure 9 - 1的圖片)

3.2 設(shè)計(jì)要求與參數(shù)選擇

在選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)，需要考慮以下設(shè)計(jì)參數(shù)：

• 輸入 - 輸出配置：根據(jù)應(yīng)用需求選擇反相或同相驅(qū)動(dòng)器。
• 輸入閾值類型：UCC2732x和UCC3732x具有TTL/CMOS兼容輸入閾值，具有較寬的滯后特性。
• VDD偏置電源電壓：電源電壓范圍為4.5V至15V，可根據(jù)不同功率開關(guān)的要求進(jìn)行選擇。
• 峰值源和灌電流：為了實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)速度，驅(qū)動(dòng)器必須能夠提供足夠的峰值電流。例如，對(duì)于SPP20N60C3功率MOSFET，在特定應(yīng)用中需要20V/ns的dvDS/dt，驅(qū)動(dòng)器需要提供至少1.65A的峰值電流，而UCC2732x和UCC3732x可提供9A的峰值源/灌電流，滿足設(shè)計(jì)要求。
• 使能和禁用功能：某些應(yīng)用需要獨(dú)立控制驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài)，UCC2732x和UCC3732x的使能引腳可滿足這一需求。
• 傳播延遲：驅(qū)動(dòng)器的傳播延遲應(yīng)根據(jù)開關(guān)頻率和系統(tǒng)對(duì)脈沖失真的可接受程度進(jìn)行選擇。UCC2732x和UCC3732x的典型傳播延遲時(shí)間短，可允許較高的開關(guān)頻率。
• 功率耗散：功率耗散與負(fù)載電容、電源電壓和開關(guān)頻率有關(guān)。通過計(jì)算可以確定驅(qū)動(dòng)器的功率損耗，例如在VDD = 12V，CLOAD = 10nF，f = 300kHz的條件下，功率損耗為0.432W。
• 封裝類型：不同的封裝類型具有不同的散熱性能和尺寸，需要根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。例如，8引腳MSOP PowerPAD（DGN）封裝具有較低的熱阻，能夠有效散熱。

3.3 功率耗散計(jì)算

功率耗散是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素之一。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載時(shí)，功率損耗可通過以下公式計(jì)算： [P = C × V^{2} × f] 其中，C為負(fù)載電容，V為電源電壓，f為開關(guān)頻率。例如，在上述示例中，功率損耗為： [P = 10nF × (12)^{2} × (300kHz) = 0.432W]

四、電源與布局建議

4.1 電源推薦

雖然靜態(tài)VDD電流很低，但總電源電流會(huì)根據(jù)輸出電流和工作頻率而增加。TI建議使用兩個(gè)VDD旁路電容來防止噪聲問題，一個(gè)0.1μF的陶瓷電容應(yīng)靠近VDD接地連接，另一個(gè)較大的電容（如1μF）應(yīng)與之并聯(lián)，以提供高電流峰值。

4.2 布局指南

電路布局對(duì)于避免過沖、下沖和振鈴問題至關(guān)重要。驅(qū)動(dòng)器的低阻抗和高di/dt可能會(huì)在電路中引起寄生電感和電容之間的振鈴。因此，應(yīng)將驅(qū)動(dòng)器盡可能靠近負(fù)載放置，使用1μF旁路電容靠近驅(qū)動(dòng)器輸出側(cè)，并合理連接VDD和接地引腳。在極端情況下，可能需要對(duì)輸入電源和接地連接與輸出電源和接地連接進(jìn)行去耦。

五、總結(jié)

UCC2732x/UCC3732x系列高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器具有高電流驅(qū)動(dòng)能力、快速響應(yīng)時(shí)間、寬電源電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種開關(guān)模式電源應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，并注意電源和布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望本文能為電子工程師們?cè)谑褂肬CC2732x/UCC3732x驅(qū)動(dòng)器時(shí)提供有益的參考。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。