UCC21739-Q1：汽車級隔離柵極驅(qū)動器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的柵極驅(qū)動器對于系統(tǒng)的性能和可靠性至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討德州儀器（Texas Instruments）推出的 UCC21739-Q1 汽車級 10A 源極/漏極隔離單通道柵極驅(qū)動器，看看它有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢和應(yīng)用場景。

文件下載：ucc21739-q1.pdf

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

隔離與驅(qū)動能力

UCC21739-Q1 具備 3 kV_RMS 的單通道隔離柵極驅(qū)動能力，采用 AEC-Q100 認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。其工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C（環(huán)境溫度），HBM ESD 分類等級為 3A，CDM ESD 分類等級為 C3，能有效抵御靜電干擾。該驅(qū)動器可驅(qū)動高達(dá) 900V_pk 的 SiC MOSFET 和 IGBT，最大輸出驅(qū)動電壓（VDD - VEE）為 33V，具備 ±10A 的驅(qū)動強(qiáng)度和分離輸出，能滿足不同的驅(qū)動需求。

抗干擾與保護(hù)功能

這款驅(qū)動器的最小 CMTI 為 150V/ns，能有效抵抗共模瞬態(tài)干擾。它還擁有 270ns 響應(yīng)時間的快速過流保護(hù)，外部有源米勒鉗位以及故障發(fā)生時的內(nèi)部 2 級關(guān)斷功能，可確保在故障發(fā)生時快速響應(yīng)，保護(hù)功率半導(dǎo)體。此外，它還具備隔離模擬傳感器，可通過 PWM 輸出進(jìn)行溫度傳感（支持 NTC、PTC 或熱二極管），能檢測高壓直流母線或相電壓。在過流時會發(fā)出警報(bào)（FLT），并可通過 RST/EN 進(jìn)行復(fù)位，對 RST/EN 的使能/禁用響應(yīng)迅速，能拒絕輸入引腳小于 40ns 的噪聲瞬變和脈沖。

電氣特性與穩(wěn)定性

UCC21739-Q1 的輸入/輸出具備過/欠沖瞬態(tài)電壓抗擾能力，最高可達(dá) 5V。其 12V VDD UVLO 帶有電源就緒指示（RDY），傳播延遲最大為 130ns，脈沖/部分偏斜最大為 30ns，能保證信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。該驅(qū)動器采用 SOIC - 16 DW 封裝，爬電距離和電氣間隙大于 8mm，工作結(jié)溫范圍為 -40°C 至 150°C，還具備多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如符合 DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）的 4242V_PK 隔離。

應(yīng)用場景廣泛

UCC21739-Q1 憑借其強(qiáng)大的驅(qū)動能力、高隔離等級和豐富的保護(hù)功能，適用于多種高功率應(yīng)用場景，如電動汽車（EV）的牽引逆變器、車載充電器和充電樁、混合動力汽車（HEV）/EV 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等。它可以直接驅(qū)動高功率 SiC MOSFET 模塊、IGBT 模塊或并聯(lián)分立器件，無需傳統(tǒng)的基于 NPN/PNP 雙極晶體管的圖騰柱結(jié)構(gòu)緩沖驅(qū)動電路，節(jié)省了電路板設(shè)計(jì)的成本和空間。

詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引腳配置與功能

在設(shè)計(jì)過程中，需要了解 UCC21739-Q1 的引腳配置和功能。例如，AIN 為隔離模擬傳感輸入，OC 為過流檢測引腳，COM 為公共接地參考等。不同的引腳具有不同的功能和使用注意事項(xiàng)，如未使用的引腳應(yīng)正確連接，以確保驅(qū)動器的正常工作。

電源與濾波設(shè)計(jì)

為了保證驅(qū)動器的穩(wěn)定運(yùn)行，電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要。輸入側(cè)電源 VCC 可支持 3V 至 5.5V 的寬電壓范圍，輸出側(cè)支持單極和雙極電源，范圍為 13V 至 33V（VDD - VEE）。建議在電源引腳處添加適當(dāng)?shù)娜ヱ?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電容/" target="_blank">電容，如在 VDD 和 COM、VEE 和 COM 之間添加 10μF 旁路電容，在 VCC 和 GND 之間添加 1μF 旁路電容，并在每個電源引腳處添加 0.1μF 去耦電容，以過濾高頻噪聲。同時，對于輸入引腳（IN+、IN - 和 RST/EN），可根據(jù)系統(tǒng)噪聲情況添加外部低通濾波器，以提高噪聲抗擾能力。

過流與短路保護(hù)設(shè)計(jì)

過流和短路保護(hù)是保障功率半導(dǎo)體安全的關(guān)鍵。UCC21739-Q1 提供了多種過流和短路保護(hù)方案，如基于集成 SenseFET 的保護(hù)、基于去飽和電路的保護(hù)和基于功率回路中分流電阻的保護(hù)。不同的方案適用于不同的應(yīng)用場景，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。例如，對于帶有 SenseFET 的模塊，可利用 SenseFET 對電流進(jìn)行縮放，通過外部高精度感測電阻準(zhǔn)確測量電流，當(dāng)檢測到過流時啟動 2 級關(guān)斷，并向輸入側(cè) FLT 引腳報(bào)告故障。

開關(guān)電阻與功率損耗計(jì)算

在設(shè)計(jì)中，還需要考慮開關(guān)電阻對驅(qū)動性能和功率損耗的影響。通過合理選擇外部開啟和關(guān)斷柵極電阻，可以控制開關(guān)速度和峰值源極/漏極電流。在計(jì)算功率損耗時，需要考慮靜態(tài)損耗和開關(guān)損耗，確保驅(qū)動器在熱極限范圍內(nèi)工作。例如，通過公式計(jì)算峰值源極和漏極電流，合理選擇電阻值，以平衡開關(guān)速度和功率損耗。

布局注意事項(xiàng)

PCB 布局對驅(qū)動器的性能也有重要影響。在布局時，應(yīng)將驅(qū)動器盡可能靠近功率半導(dǎo)體，以減少柵極回路的寄生電感。輸入和輸出電源的去耦電容應(yīng)靠近電源引腳放置，以減少電壓尖峰。驅(qū)動器的 COM 引腳應(yīng)連接到 SiC MOSFET 源極或 IGBT 發(fā)射極的 Kelvin 連接，以分離柵極回路和高功率開關(guān)回路。此外，還應(yīng)使用接地平面來屏蔽輸入和輸出信號，避免噪聲干擾。

UCC21739-Q1 是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的隔離柵極驅(qū)動器，能為汽車和高功率應(yīng)用提供可靠的驅(qū)動解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師們需要充分了解其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和 PCB 布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。