UCCx732x雙路4A峰值高速低側(cè)功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

在電子工程領(lǐng)域，功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。UCCx732x系列產(chǎn)品，包括UCC27323、UCC27324、UCC27325、UCC37323、UCC37324和UCC37325，作為高性能的雙路4A峰值高速低側(cè)功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器，為工程師們提供了強(qiáng)大的解決方案。本文將深入探討這些驅(qū)動(dòng)器的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：ucc37323.pdf

一、產(chǎn)品特性

架構(gòu)優(yōu)勢

UCCx732x采用Bi - CMOS輸出架構(gòu)，這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得它在米勒平臺(tái)區(qū)域能夠提供±4A的驅(qū)動(dòng)電流，并且在低電源電壓下也能保持恒定電流。

輸出靈活性

驅(qū)動(dòng)器的輸出可以并行使用，從而提供更高的驅(qū)動(dòng)電流。此外，它還采用了TTL/CMOS輸入，且與電源電壓無關(guān)，具有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列，方便工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)。

封裝特點(diǎn)

該系列產(chǎn)品提供MSOP - PowerPAD?封裝，具有良好的散熱性能，有助于提高長期可靠性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

電源轉(zhuǎn)換

在開關(guān)電源（SMPS）和DC - DC轉(zhuǎn)換器中，UCCx732x可以提供必要的高速、高電流驅(qū)動(dòng)，以確保MOSFET的高效開關(guān)，提高電源的轉(zhuǎn)換效率。

可再生能源與電機(jī)控制

在太陽能逆變器、電機(jī)控制和不間斷電源（UPS）等應(yīng)用中，UCCx732x能夠驅(qū)動(dòng)功率MOSFET，實(shí)現(xiàn)精確的功率控制和轉(zhuǎn)換。

三、產(chǎn)品描述與信息

電流驅(qū)動(dòng)能力

UCCx732x系列能夠在米勒平臺(tái)區(qū)域提供4A的源電流和4A的灌電流峰值，有效驅(qū)動(dòng)MOSFET。其獨(dú)特的雙極和MOSFET混合輸出級(jí)并行設(shè)計(jì)，使得在低電源電壓下也能實(shí)現(xiàn)高效的電流源和灌電流。

邏輯選項(xiàng)

提供三種標(biāo)準(zhǔn)邏輯選項(xiàng)：雙反相、雙同相和一個(gè)反相一個(gè)同相驅(qū)動(dòng)器，滿足不同的應(yīng)用需求。

輸入特性

輸入閾值基于TTL和CMOS，且與電源電壓無關(guān)，具有較寬的輸入滯后，提供了出色的抗噪能力。

封裝與溫度范圍

產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)的SOIC - 8和熱增強(qiáng)型的8引腳PowerPAD MSOP封裝（DGN），工作溫度范圍為 - 40°C至125°C（UCC2732x）和0°C至70°C（UCC3732x），電源電壓范圍為4.5V至15V。

四、設(shè)備比較與引腳配置

設(shè)備比較

根據(jù)輸出配置和溫度范圍，UCCx732x系列提供了多種型號(hào)選擇，如UCC27323（雙反相）、UCC27324（雙同相）和UCC27325（一個(gè)反相一個(gè)同相），每種型號(hào)都有不同的封裝選項(xiàng)，如SOIC - 8（D）、MSOP - 8 PowerPAD（DGN）和PDIP - 8（P）。

引腳配置與功能

以8引腳封裝為例，重要引腳功能如下：

• GND：公共接地，應(yīng)緊密連接到功率MOSFET的源極。
• INA和INB：輸入信號(hào)，具有邏輯兼容的閾值和滯后，未使用時(shí)必須連接到VDD或GND。
• OUTA和OUTB：驅(qū)動(dòng)器輸出，能夠?yàn)楣β蔒OSFET的柵極提供4A的驅(qū)動(dòng)電流。
• VDD：電源電壓輸入。

五、規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

• 模擬輸入電壓（INA，INB）： - 0.3V至VDD + 0.3V，不超過16V。
• 輸出電流：DC為0.2A，脈沖（0.5μs）為4.5A。
• 電源電壓： - 0.3V至16V。
• 結(jié)溫： - 55°C至150°C。

ESD等級(jí)

• 人體模型（HBM）：2000V。
• 帶電器件模型（CDM）：1000V。

推薦工作條件

• 電源電壓：4.5V至15V。
• 輸入電壓：0V至15V。
• 工作結(jié)溫：UCC2732x為 - 40°C至125°C，UCC3732x為0°C至70°C。

熱信息

不同封裝的熱阻不同，如MSOP - PowerPAD（DGN）封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）為56.6°C/W，優(yōu)于其他封裝，有助于散熱。

電氣特性

在VDD = 4.5至15V，TA = TJ的條件下，輸入邏輯1閾值（VIN_H）為1.6至2.5V，邏輯0閾值（VIN_L）為0.8至1.5V，輸出電流典型值為4A。

開關(guān)特性

在CLOAD = 1.8nF的負(fù)載下，上升時(shí)間（TR）典型值為20ns，下降時(shí)間（TF）典型值為15ns。

六、詳細(xì)描述

輸入級(jí)

輸入閾值在整個(gè)VDD電壓范圍內(nèi)具有3.3V的邏輯靈敏度，兼容0V至VDD信號(hào)。輸入級(jí)能夠承受500mA的反向電流，且輸入信號(hào)的上升或下降時(shí)間應(yīng)較短，通常由PWM控制器或邏輯門提供。未使用的輸入引腳必須連接到VDD或GND，以避免懸空。

輸出級(jí)

反相輸出（UCCx7323和UCCx7325的OUTA）用于驅(qū)動(dòng)外部P溝道MOSFET，同相輸出（UCCx7324和UCCx7325的OUTB）用于驅(qū)動(dòng)外部N溝道MOSFET。每個(gè)輸出級(jí)能夠提供±4A的峰值電流脈沖，且拉上和拉下電路由雙極和MOSFET晶體管并聯(lián)構(gòu)成，在MOSFET開關(guān)轉(zhuǎn)換的米勒平臺(tái)區(qū)域提供高效的柵極驅(qū)動(dòng)。

設(shè)備功能模式

在VDD電源電壓為4.5V至15V的范圍內(nèi)，輸出狀態(tài)取決于輸入引腳INA和INB的狀態(tài)，具體真值表可參考文檔。

七、應(yīng)用與設(shè)計(jì)

應(yīng)用信息

在高頻電源中，需要高速、高電流的驅(qū)動(dòng)器，如UCCx732x系列，用于在控制IC的PWM輸出和功率MOSFET或IGBT的柵極之間提供高功率緩沖級(jí)。當(dāng)PWM調(diào)節(jié)器IC無法直接驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件時(shí)，或者需要減少高頻開關(guān)噪聲的影響時(shí)，使用驅(qū)動(dòng)器IC是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

典型應(yīng)用

• 設(shè)計(jì)要求：選擇合適的UCCx732x器件時(shí)，首先要考慮輸出邏輯，如UCCx7323為雙反相輸出，UCCx7324為雙同相輸出，UCCx7325為一個(gè)反相一個(gè)同相輸出。同時(shí)，還需要考慮VDD、驅(qū)動(dòng)電流和功率損耗等因素。
• 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟
  • 米勒平臺(tái)期間的源/灌能力：大功率MOSFET需要適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)高效、可靠的運(yùn)行。通過測試電路驗(yàn)證，UCCx7323在VDD = 15V時(shí)能夠灌電流4.5A，在VDD = 12V時(shí)能夠灌電流4.28A；在VDD = 15V時(shí)能夠源電流4.8A，在VDD = 12V時(shí)能夠源電流3.7A。
  • 并行輸出：可以將A和B驅(qū)動(dòng)器的輸入（INA/INB）連接在一起，輸出（OUTA/OUTB）也連接在一起，以實(shí)現(xiàn)更高的驅(qū)動(dòng)電流。但需要注意PCB布局中引腳的短接，以及輸入信號(hào)的斜率應(yīng)足夠快，建議大于20V/μs。
  • VDD設(shè)計(jì)：VDD總電源電流取決于OUTA和OUTB的電流以及振蕩器頻率。為了獲得最佳的高速性能，建議使用兩個(gè)VDD旁路電容，一個(gè)0.1μF的陶瓷電容靠近VDD到地的連接，另一個(gè)較大的低ESR電容與之并聯(lián)。
  • 驅(qū)動(dòng)器電流和功率要求：UCCx732x驅(qū)動(dòng)器能夠在幾十納秒內(nèi)為MOSFET柵極提供4A的電流。驅(qū)動(dòng)功率可以通過公式P = CV2 × f計(jì)算，其中C為負(fù)載電容，V為偏置電壓，f為開關(guān)頻率。

應(yīng)用曲線

通過測試電路可以觀察到，UCCx732x在驅(qū)動(dòng)10nF負(fù)載時(shí)，輸出波形的上升和下降沿呈現(xiàn)線性特性，這得益于其恒定的輸出電流特性。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的源和灌電流能力與VDD值和輸出電容負(fù)載有關(guān)，減小電路板上的電阻和電感可以提高電流能力。

八、電源供應(yīng)建議

推薦的偏置電源電壓范圍為4.5V至15V，應(yīng)在VDD和GND引腳之間放置一個(gè)局部旁路電容，建議使用低ESR的陶瓷表面貼裝電容，如一個(gè)100nF的陶瓷電容用于高頻濾波，另一個(gè)220nF至10μF的電容用于IC偏置。

九、布局設(shè)計(jì)

布局指南

• 低ESR/ESL電容應(yīng)靠近IC連接在VDD和GND引腳之間，以支持外部MOSFET導(dǎo)通時(shí)從VDD汲取的高峰值電流。
• 接地設(shè)計(jì)應(yīng)將MOSFET柵極充電和放電的高峰值電流限制在最小物理區(qū)域，采用星型接地方式，使用接地平面進(jìn)行噪聲屏蔽和散熱。
• 在嘈雜環(huán)境中，未使用的通道輸入引腳應(yīng)通過短跡線連接到VDD或GND，以防止噪聲引起輸出故障。
• 分離電源和信號(hào)跡線，如輸出和輸入信號(hào)。

布局示例

參考文檔中的推薦PCB布局圖，合理安排元件位置，確保信號(hào)和電源路徑的合理性。

熱考慮

UCCx732x系列提供三種不同的封裝，以滿足不同的應(yīng)用需求。MSOP PowerPAD - 8（DGN）封裝通過將散熱墊焊接到PCB上，有效降低了結(jié)到外殼的熱阻，提高了散熱能力，相比標(biāo)準(zhǔn)封裝可將功率耗散提高四倍。

十、設(shè)備與文檔支持

設(shè)備支持

TI對(duì)第三方產(chǎn)品或服務(wù)的信息發(fā)布不構(gòu)成對(duì)其適用性的認(rèn)可或擔(dān)保。

文檔支持

提供相關(guān)的文檔，如電源供應(yīng)研討會(huì)資料、MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南等。

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靜電放電注意事項(xiàng)

該集成電路易受ESD損壞，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚砗桶惭b措施，以防止性能下降或設(shè)備故障。

總結(jié)

UCCx732x系列雙路4A峰值高速低側(cè)功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器具有高性能、高靈活性和良好的散熱性能等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種電源轉(zhuǎn)換和控制應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和封裝，合理布局電路板，注意電源供應(yīng)和熱管理等問題。通過充分了解這些產(chǎn)品的特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，工程師可以設(shè)計(jì)出更加高效、穩(wěn)定的電子系統(tǒng)。你在使用類似產(chǎn)品的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。