UCC27527與UCC27528：雙路高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)器對(duì)于確保電路的高效、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討德州儀器（TI）推出的UCC27527和UCC27528雙路高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，看看它們究竟有哪些出色的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、器件概述

UCC2752x系列器件是雙通道、高速、低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，能夠有效驅(qū)動(dòng)MOSFET和IGBT功率開(kāi)關(guān)。其設(shè)計(jì)從根本上減少了直通電流，可向容性負(fù)載提供高達(dá)5A的峰值源電流和5A的峰值灌電流，具備軌到軌驅(qū)動(dòng)能力，典型傳播延遲僅為17ns。此外，該系列驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)通道之間的內(nèi)部傳播延遲匹配良好，非常適合需要雙柵極驅(qū)動(dòng)且對(duì)時(shí)序要求嚴(yán)格的應(yīng)用，如同步整流器。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

1. 電氣特性卓越

• 寬電源電壓范圍：支持4.5V至18V的單電源供電，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。
• 低傳播延遲：典型傳播延遲僅17ns，能有效降低高頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用中的脈沖傳輸失真。
• 精準(zhǔn)的延遲匹配：兩個(gè)通道之間的典型延遲匹配為1ns，便于并聯(lián)輸出以獲得更高的電流能力，輕松驅(qū)動(dòng)并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)。
• 高噪聲抗擾度：采用CMOS輸入邏輯閾值，其閾值是VDD引腳電源電壓的函數(shù)，且具有遲滯邏輯閾值，典型高閾值為VDD電源電壓的55%，典型低閾值為38%，遲滯約為17%，能有效抵抗噪聲干擾。
• 獨(dú)立使能功能：UCC27528具有獨(dú)立的使能引腳（ENA和ENB），可對(duì)每個(gè)輸出進(jìn)行獨(dú)立控制；UCC27527雖無(wú)專用使能引腳，但可通過(guò)未使用的輸入引腳輕松實(shí)現(xiàn)使能/禁用功能。
• UVLO保護(hù)：在VDD欠壓鎖定（UVLO）期間，輸出保持低電平，確保上電和下電時(shí)無(wú)干擾運(yùn)行。典型UVLO閾值為4.25V，具有350mV的典型遲滯。
• 輸入浮空保護(hù)：當(dāng)輸入引腳浮空時(shí)，輸出保持低電平，這是一項(xiàng)重要的安全特性，尤其在安全認(rèn)證過(guò)程中的異常條件測(cè)試中非常有用。

2. 封裝與溫度特性

• 多種封裝選擇：提供SOIC - 8和3mm x 3mm WSON - 8封裝選項(xiàng)，滿足不同應(yīng)用的需求。
• 寬工作溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至140°C，適用于各種惡劣的工作環(huán)境。

3. 輸出級(jí)獨(dú)特設(shè)計(jì)

UCC2752x器件的輸出級(jí)上拉結(jié)構(gòu)采用獨(dú)特架構(gòu)，在功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通過(guò)渡的米勒平臺(tái)區(qū)域（功率開(kāi)關(guān)漏極/集電極電壓發(fā)生dV/dt變化時(shí)），能提供最大的峰值源電流。上拉結(jié)構(gòu)由一個(gè)P溝道MOSFET和一個(gè)額外的N溝道MOSFET并聯(lián)組成，N溝道MOSFET在輸出從低電平變?yōu)楦唠娖降乃查g短暫導(dǎo)通，提供峰值源電流的短暫提升，實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)通。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 開(kāi)關(guān)電源

在開(kāi)關(guān)模式電源和DC - DC轉(zhuǎn)換器中，UCC2752x可實(shí)現(xiàn)功率器件的快速開(kāi)關(guān)，減少開(kāi)關(guān)功率損耗。它能在控制設(shè)備的PWM輸出和功率半導(dǎo)體器件的柵極之間提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力，解決數(shù)字控制器PWM信號(hào)無(wú)法有效驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)的問(wèn)題，同時(shí)具備電平轉(zhuǎn)換和緩沖驅(qū)動(dòng)功能。

2. 電機(jī)控制與太陽(yáng)能

在電機(jī)控制和太陽(yáng)能應(yīng)用中，UCC2752x可作為功率開(kāi)關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)器，確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

3. 新興寬帶隙功率器件

對(duì)于如GaN等新興寬帶隙功率器件，UCC2752x能夠提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)，滿足其高速開(kāi)關(guān)的需求。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 輸入輸出邏輯配置

• UCC27528：僅提供雙非反相輸入 - 輸出配置，并帶有使能控制。若希望輸入信號(hào)為高電平時(shí)功率MOSFET或IGBT導(dǎo)通，則應(yīng)選擇非反相配置。
• UCC27527：每個(gè)通道可配置為反相或非反相輸入 - 輸出配置。若要實(shí)現(xiàn)反相配置，將INx + 引腳連接到VDD，并將輸入信號(hào)施加到INx - 引腳；若要實(shí)現(xiàn)非反相配置，將INx - 引腳連接到GND，并將輸入信號(hào)施加到INx + 引腳。

2. 使能與禁用功能

• UCC27528：具有獨(dú)立的使能引腳ENA和ENB，可對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)通道進(jìn)行獨(dú)立控制。使能引腳為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器啟用；為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器禁用。在標(biāo)準(zhǔn)操作中，使能引腳可浮空或不連接。
• UCC27527：可通過(guò)未使用的輸入引腳實(shí)現(xiàn)使能/禁用功能。當(dāng)INx + 下拉到GND或INx - 下拉到VDD時(shí)，輸出禁用。需要注意的是，UCC27527的INx + 和INx - 引腳不能浮空，否則輸出將被禁用。

3. VDD偏置電源電壓

施加到VDD引腳的偏置電源電壓不應(yīng)超過(guò)推薦工作條件表中列出的值。UCC2752X的寬工作范圍（4.5V至18V）使其能夠驅(qū)動(dòng)各種功率開(kāi)關(guān)，如Si MOSFET、IGBT和寬帶隙功率半導(dǎo)體。

4. 傳播延遲

UCC2752X的典型傳播延遲為17ns，可確保極低的脈沖失真，允許在非常高的頻率下工作。對(duì)于需要可編程傳播延遲的應(yīng)用，該器件可接受緩慢的dV/dt輸入信號(hào)，工程師可在輸入引腳使用RCD電路來(lái)編程傳播延遲。

5. 驅(qū)動(dòng)電流與功耗

• 驅(qū)動(dòng)電流：UCC27527和UCC27528系列驅(qū)動(dòng)器能夠在VDD = 12V時(shí)，在幾百納秒的時(shí)間內(nèi)向MOSFET柵極提供5A的電流。
• 功耗計(jì)算：功耗主要取決于負(fù)載電容、VDD偏置電壓和開(kāi)關(guān)頻率。公式為 (P{G}=C{LOAD}V{DD}^{2}f{SW}=Q{g}V{DD}f_{SW}) 。此外，還需考慮靜態(tài)電流和輸出級(jí)的直通電流，但UCC2752x的靜態(tài)電流極低，且內(nèi)部邏輯可消除輸出驅(qū)動(dòng)器級(jí)的直通電流，因此對(duì)功耗的影響可忽略不計(jì)。

五、布局與電源建議

1. 布局指南

• 靠近功率器件：將驅(qū)動(dòng)器器件盡可能靠近功率器件放置，以最小化輸出引腳與功率器件柵極之間的高電流走線長(zhǎng)度。
• 合理放置旁路電容：在VDD和GND引腳之間放置旁路電容，并盡可能靠近驅(qū)動(dòng)器，使用低電感的SMD組件，如貼片電阻和貼片電容，以改善噪聲濾波。
• 優(yōu)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，以降低雜散電感。在可能的情況下，并行源極和返回走線，利用磁通抵消原理。
• 分離信號(hào)與功率走線：將功率走線和信號(hào)走線分開(kāi)，如輸出和輸入信號(hào)。
• 采用星型接地：使用星型接地方式，將驅(qū)動(dòng)器的GND連接到其他電路節(jié)點(diǎn)（如功率MOSFET的源極、PWM控制器的地等）的單點(diǎn)上，連接路徑應(yīng)盡可能短且寬，以減少電感和電阻。
• 使用接地平面：使用接地平面提供噪聲屏蔽，防止OUT引腳的快速上升和下降時(shí)間在過(guò)渡期間干擾輸入信號(hào)。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)單條走線連接到星型接地。

2. 電源建議

• 電壓范圍：UCC2752X的偏置電源電壓范圍為4.5V至18V，下限由VDD引腳電源電路塊的內(nèi)部欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)功能決定，上限由VDD引腳的20V絕對(duì)最大電壓額定值決定。建議VDD引腳的最大電壓為18V，以留出2V的余量來(lái)應(yīng)對(duì)瞬態(tài)電壓尖峰。
• UVLO保護(hù)與遲滯：UVLO保護(hù)功能具有遲滯特性，當(dāng)VDD引腳偏置電壓超過(guò)閾值電壓后，若電壓下降，只要電壓降不超過(guò)遲滯規(guī)格VDD_H，器件將繼續(xù)正常工作。因此，在4.2V附近工作時(shí)，確保輔助電源輸出的電壓紋波小于器件的遲滯規(guī)格非常重要，以避免觸發(fā)器件關(guān)機(jī)。
• 旁路電容：為確保VDD引腳能夠提供輸出引腳所需的源電流脈沖，應(yīng)在VDD和GND引腳之間提供本地旁路電容，并盡可能靠近器件放置。建議使用低ESR的陶瓷表面貼裝電容，TI推薦使用兩個(gè)電容，一個(gè)100nF的陶瓷表面貼裝電容靠近器件引腳，另一個(gè)幾微法的表面貼裝電容與之并聯(lián)。

六、總結(jié)

UCC27527和UCC27528雙路高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器憑借其卓越的電氣特性、豐富的功能和靈活的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，成為了眾多開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用的理想選擇。無(wú)論是在開(kāi)關(guān)模式電源、DC - DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制還是新興寬帶隙功率器件驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域，它們都能展現(xiàn)出出色的性能。作為電子工程師，在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，充分了解和利用這些特性，將有助于我們?cè)O(shè)計(jì)出更加高效、穩(wěn)定的電路系統(tǒng)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過(guò)類似的柵極驅(qū)動(dòng)器選擇問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。