解析UCC2753x系列單通道高速柵極驅(qū)動器

在電子電路設(shè)計中，柵極驅(qū)動器是驅(qū)動MOSFET和IGBT等功率開關(guān)的關(guān)鍵部件。德州儀器（TI）推出的UCC2753x系列單通道高速柵極驅(qū)動器，以其出色的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。今天，我們就來深入剖析一下這個系列的驅(qū)動器。

文件下載：ucc27531.pdf

一、UCC2753x系列驅(qū)動器概述

UCC2753x系列包括UCC27531、UCC27533、UCC27536、UCC27537和UCC27538等型號。這些驅(qū)動器能夠有效驅(qū)動MOSFET和IGBT功率開關(guān)，具備高達2.5A的源電流和5A的灌電流（非對稱驅(qū)動）峰值電流。其輸入閾值基于與TTL和CMOS兼容的低壓邏輯，具有固定且獨立于VDD電源電壓的特點，典型的1V遲滯特性提供了出色的抗噪能力。

二、核心特性亮點

2.1 低成本與高性能兼?zhèn)?/h3>

UCC2753x是一種低成本的柵極驅(qū)動器，為驅(qū)動FET和IGBT提供了最佳解決方案，是分立晶體管對驅(qū)動的優(yōu)質(zhì)替代品，能輕松與控制器接口。

2.2 靈活的輸入輸出配置

• 輸入邏輯閾值：TTL和CMOS兼容的輸入邏輯閾值，獨立于電源電壓，方便與各種控制器連接。
• 輸出選項：具有分離輸出選項，可調(diào)節(jié)導(dǎo)通和關(guān)斷電流；提供反相和非反相輸入配置，滿足不同應(yīng)用需求。
• 使能功能：使能引腳具有固定的TTL兼容閾值，方便控制驅(qū)動器的工作狀態(tài)。

2.3 強大的驅(qū)動能力

在18V VDD時，具有高達2.5A的源電流和2.5A或5A的灌電流峰值驅(qū)動能力，能夠快速驅(qū)動功率開關(guān)，減少開關(guān)損耗。

2.4 寬電壓范圍與高可靠性

• 寬VDD范圍：VDD范圍從10V到35V，為系統(tǒng)設(shè)計提供了更大的靈活性。
• 抗負壓能力：輸入和使能引腳能夠承受高達-5V的直流負壓，增強了系統(tǒng)的可靠性。
• 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VDD低于設(shè)定閾值時，輸出保持低電平，確保在電源上電和掉電過程中無干擾、可預(yù)測的操作。

2.5 快速的開關(guān)特性

• 傳播延遲：典型傳播延遲僅為17ns，能夠快速響應(yīng)輸入信號，減少信號失真。
• 上升和下降時間：在1800pF負載下，典型上升時間為15ns，下降時間為7ns，能夠快速切換功率開關(guān)的狀態(tài)。

三、詳細功能解析

3.1 VDD欠壓鎖定（UVLO）

UCC2753x在VDD引腳的電源電路塊上具有內(nèi)部UVLO保護功能。當(dāng)VDD電壓在電源上電期間低于 (V{ON}) 或在電源掉電期間低于 (V{OFF}) 時，該電路會將所有輸出保持為低電平，無論輸入狀態(tài)如何。典型的UVLO電壓為8.9V，具有700mV的典型遲滯，有助于防止因電源噪聲或系統(tǒng)開關(guān)時VDD偏置電壓下降而引起的振蕩。

3.2 輸入級特性

輸入引腳基于與TTL和CMOS兼容的輸入閾值邏輯，獨立于VDD電源電壓。典型的高閾值為2V，低閾值為1V，遲滯為1V，提供了比傳統(tǒng)TTL邏輯更強的抗噪能力。輸入引腳的低電容（典型值為20pF）減少了負載并提高了開關(guān)速度。當(dāng)輸入引腳處于浮空狀態(tài)時，輸出保持低電平，這是一個重要的安全功能。

3.3 使能功能

使能（EN）引腳具有內(nèi)部上拉電阻，浮空時驅(qū)動器開啟并正常輸出信號。也可以通過低電壓邏輯信號來控制驅(qū)動器的開啟和關(guān)閉。

3.4 輸出級架構(gòu)

輸出級采用獨特的混合上拉結(jié)構(gòu)，由N溝道和P溝道MOSFET并聯(lián)組成。在輸出從低到高轉(zhuǎn)換的瞬間，N溝道MOSFET導(dǎo)通，提供短暫的峰值源電流，實現(xiàn)快速導(dǎo)通。UCC2753x在VDD = 18V時能夠提供2.5A的源電流和高達5A的灌電流，強大的灌電流能力降低了驅(qū)動器輸出級的下拉阻抗，增強了對寄生米勒導(dǎo)通效應(yīng)的免疫力。

四、應(yīng)用場景與設(shè)計要點

4.1 應(yīng)用場景廣泛

UCC2753x適用于各種開關(guān)電源應(yīng)用，如開關(guān)模式電源、DC - DC轉(zhuǎn)換器、太陽能逆變器、電機控制、UPS、HEV和EV充電器、家用電器以及可再生能源功率轉(zhuǎn)換等。作為單通道驅(qū)動器，它可以用作低端或高端驅(qū)動器，但在用作高端驅(qū)動器時需要信號隔離和偏置電源。

4.2 設(shè)計要點分析

• 輸入輸出配置：根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的輸入輸出配置，如非反相、反相、單輸入或雙輸入等。
• 輸入閾值類型：UCC2753x的輸入閾值與TTL和CMOS兼容，可與微控制器或模擬控制器的邏輯電平輸入信號兼容。
• VDD偏置電源：VDD偏置電源電壓應(yīng)在推薦的工作條件范圍內(nèi)，不同的功率開關(guān)需要不同的柵極電壓來實現(xiàn)有效導(dǎo)通和關(guān)斷。
• 峰值源電流和灌電流：為了實現(xiàn)功率開關(guān)的快速開關(guān)，驅(qū)動器必須能夠提供足夠的峰值電流。同時，要注意PCB布局對驅(qū)動器峰值電流能力的影響，盡量減小PCB走線電感。
• 使能和禁用功能：某些應(yīng)用需要獨立控制驅(qū)動器的輸出狀態(tài)，UCC27531、UCC27536和UCC27537具有使能引腳，適用于這類應(yīng)用；而UCC27533和UCC27538具有多個輸入引腳，適用于需要多個輸入的應(yīng)用。
• 傳播延遲：驅(qū)動器的傳播延遲應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的開關(guān)頻率和允許的脈沖失真程度來選擇，UCC2753x的典型傳播延遲為17ns，能夠滿足大多數(shù)高速應(yīng)用的需求。
• 功率損耗：驅(qū)動器的功率損耗包括直流部分和開關(guān)部分，UCC2753x的靜態(tài)電流非常低，開關(guān)部分的功率損耗主要取決于功率器件的柵極電荷、開關(guān)頻率和外部柵極電阻。

五、布局與電源建議

5.1 布局指南

• 靠近功率器件：將驅(qū)動器盡可能靠近功率器件，以減少驅(qū)動器輸出引腳與功率開關(guān)柵極之間的高電流走線長度。
• 旁路電容：在VDD和GND引腳之間提供低ESR的陶瓷表面貼裝旁路電容，并盡可能靠近驅(qū)動器，以提高噪聲濾波效果。
• 減小電流環(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，減少電壓瞬變。
• 分離電源和信號走線：將電源走線和信號走線分開，避免相互干擾。
• 星型接地：采用星型接地方式，將驅(qū)動器的GND連接到其他電路節(jié)點的單點接地，以減少噪聲耦合。
• 使用接地平面：使用接地平面提供噪聲屏蔽，并有助于散熱。

5.2 電源建議

• VDD電壓范圍：VDD引腳的偏置電源電壓應(yīng)在10V到32V之間，確保在電源上電和掉電過程中，VDD電壓在UVLO閾值范圍內(nèi)。
• 電壓紋波：在接近9.8V的電壓范圍內(nèi)工作時，要確保輔助電源輸出的電壓紋波小于器件的遲滯規(guī)格，以避免觸發(fā)器件關(guān)機。
• 旁路電容：在VDD和GND引腳之間提供本地旁路電容，以提供輸出引腳所需的源電流脈沖。

六、總結(jié)與思考

UCC2753x系列單通道高速柵極驅(qū)動器以其豐富的功能、強大的驅(qū)動能力和靈活的應(yīng)用特性，為電子工程師在設(shè)計開關(guān)電源和功率驅(qū)動電路時提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計要求，合理選擇驅(qū)動器型號，并注意布局和電源設(shè)計，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用UCC2753x系列驅(qū)動器的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。