UCC20225-Q1和UCC20225A-Q1：汽車48V系統(tǒng)的理想隔離式雙路柵極驅(qū)動(dòng)器

在汽車電子領(lǐng)域，48V系統(tǒng)正逐漸成為主流，這對(duì)相關(guān)的電子元件提出了更高的要求。UCC20225-Q1和UCC20225A-Q1作為隔離式雙路柵極驅(qū)動(dòng)器，專為汽車48V系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有諸多出色的特性和廣泛的應(yīng)用前景。今天，我們就來深入了解一下這兩款器件。

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特性亮點(diǎn)

高可靠性認(rèn)證

這兩款器件均通過了AEC Q100認(rèn)證，具備器件溫度等級(jí)1、HBM ESD分類等級(jí)H2以及CDM ESD分類等級(jí)C6，能夠在惡劣的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。

靈活的輸入輸出配置

采用單PWM輸入、雙輸出設(shè)計(jì)，并且死區(qū)時(shí)間可通過電阻編程設(shè)置，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

強(qiáng)大的輸出能力

具有4A峰值源電流和6A峰值灌電流輸出，能夠?yàn)楣β示w管提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力。

高速開關(guān)性能

CMTI大于100V/ns，典型傳播延遲為19ns，最大延遲匹配為5ns，最大脈沖寬度失真為6ns，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的開關(guān)動(dòng)作，降低開關(guān)損耗。

寬電壓范圍

輸入VCCI范圍為3V至18V，VDD最高可達(dá)25V，并且具有5V和8V的UVLO選項(xiàng)，能夠適應(yīng)不同的電源電壓。

抗干擾能力強(qiáng)

能夠拒絕短于5ns的輸入瞬變，輸入與TTL和CMOS兼容，并且采用了5mm x 5mm的LGA-13封裝，節(jié)省空間。

安全認(rèn)證

具備多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如VDE V 0884-11:2017的3535-VPK隔離、UL 1577的2500-VRMS隔離1分鐘以及GB4943.1-2011的CQC認(rèn)證，為系統(tǒng)安全提供保障。

應(yīng)用領(lǐng)域

UCC20225-Q1和UCC20225A-Q1適用于多種汽車應(yīng)用，如汽車外部音頻放大器和汽車48V系統(tǒng)等。在這些應(yīng)用中，它們能夠有效地驅(qū)動(dòng)功率晶體管，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

詳細(xì)描述

功能概述

UCC20225-Q1系列是單輸入、雙輸出的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器，采用5mm x 5mm的LGA-13封裝，具有4A源電流和6A灌電流峰值。其輸入側(cè)與兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器通過2.5kV RMS的隔離屏障隔離，具有至少100V/ns的共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）。兩個(gè)輸出側(cè)驅(qū)動(dòng)器之間的內(nèi)部功能隔離允許工作電壓高達(dá)700VDC。

引腳功能

• DISABLE（5號(hào)引腳）：高電平有效時(shí)禁用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出，低電平或懸空時(shí)啟用。建議在不使用時(shí)將該引腳接地以提高抗噪能力。
• DT（6號(hào)引腳）：可編程死區(qū)時(shí)間功能。將DT引腳連接到VCCI可禁用DT功能，死區(qū)時(shí)間約為0ns；在DT和GND之間連接電阻（RDT）可根據(jù)公式DT（ns） = 10 x RDT（kΩ）調(diào)整死區(qū)時(shí)間。建議在使用RDT時(shí)，在DT引腳附近并聯(lián)一個(gè)2.2nF或更大的陶瓷電容以提高抗噪能力。
• 其他引腳：包括電源引腳（VCCI、VDDA、VDDB）、輸出引腳（OUTA、OUTB）、PWM輸入引腳等，每個(gè)引腳都有其特定的功能和作用。

電氣特性

UCC20225-Q1和UCC20225A-Q1在不同的工作條件下具有特定的電氣特性，如電源電流、欠壓鎖定閾值、PWM和DISABLE輸入閾值、輸出電阻和電壓等。這些特性在不同的溫度和電壓條件下會(huì)有所變化，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行考慮。

開關(guān)特性

開關(guān)特性包括輸出上升時(shí)間、下降時(shí)間、最小脈沖寬度、傳播延遲、脈沖寬度失真和延遲匹配等。這些特性對(duì)于高速開關(guān)應(yīng)用至關(guān)重要，能夠影響系統(tǒng)的性能和效率。

應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

典型應(yīng)用

UCC20225-Q1可用于驅(qū)動(dòng)典型的半橋配置，適用于多種流行的功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，如同步降壓、同步升壓、半?全橋隔離拓?fù)浜腿?a target="_blank">電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用等。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• PWM輸入濾波器設(shè)計(jì)：建議使用小的RIN - CIN濾波器來過濾非理想布局或長PCB走線引入的振鈴，但需要注意噪聲抗擾度和傳播延遲之間的權(quán)衡。
• 外部自舉二極管和串聯(lián)電阻選擇：選擇高電壓、快速恢復(fù)的二極管或SiC肖特基二極管，以減少反向恢復(fù)引入的損耗和相關(guān)的接地噪聲反彈。
• 柵極驅(qū)動(dòng)器輸出電阻：外部柵極驅(qū)動(dòng)器電阻用于限制寄生電感/電容引起的振鈴、高電壓/電流開關(guān)dv/dt和體二極管反向恢復(fù)引起的振鈴，微調(diào)柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化開關(guān)損耗，并減少電磁干擾（EMI）。
• 柵極驅(qū)動(dòng)器功率損耗估算：總損耗包括UCC20225-Q1系列的功率損耗和外圍電路的功率損耗。通過計(jì)算靜態(tài)功率損耗和開關(guān)操作損耗，可以估算UCC20225-Q1系列的關(guān)鍵功率損耗。
• 結(jié)溫估算：使用結(jié)到頂部的表征參數(shù)（ΨJT）可以更準(zhǔn)確地估算結(jié)溫，避免使用結(jié)到殼熱阻（RθJC）可能帶來的誤差。
• VCCI、VDDA/B電容選擇：旁路電容對(duì)于實(shí)現(xiàn)可靠的性能至關(guān)重要。選擇低ESR和低ESL的多層陶瓷電容（MLCC），并根據(jù)具體的應(yīng)用需求確定電容值。
• 死區(qū)時(shí)間設(shè)置：選擇合適的死區(qū)時(shí)間對(duì)于防止功率轉(zhuǎn)換器中的直通現(xiàn)象非常重要。需要考慮系統(tǒng)所需的死區(qū)時(shí)間、系統(tǒng)中的柵極關(guān)斷下降時(shí)間和導(dǎo)通上升時(shí)間等因素。
• 輸出級(jí)負(fù)偏置應(yīng)用電路：在非理想PCB布局和長封裝引腳引入寄生電感的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致功率晶體管的柵源驅(qū)動(dòng)電壓出現(xiàn)振鈴。應(yīng)用負(fù)偏置可以將振鈴保持在閾值以下，避免意外導(dǎo)通和直通現(xiàn)象。

電源供應(yīng)建議

推薦的輸入電源電壓（VCCI）范圍為3V至18V，輸出偏置電源電壓（VDDA/VDDB）范圍對(duì)于UCC20225A-Q1為6.5V至25V，對(duì)于UCC20225-Q1為9.2V至25V。在VDD和VSS引腳之間應(yīng)放置一個(gè)220nF至10μF的旁路電容，用于設(shè)備偏置，并建議并聯(lián)一個(gè)100nF的電容進(jìn)行高頻濾波。同樣，在VCCI和GND引腳之間也應(yīng)放置一個(gè)最小推薦值為100nF的旁路電容。

PCB布局要點(diǎn)

元件放置

• 低ESR和低ESL的電容應(yīng)靠近設(shè)備連接在VCCI和GND引腳之間以及VDD和VSS引腳之間，以支持外部功率晶體管導(dǎo)通時(shí)的高峰值電流。
• 應(yīng)盡量減小頂部晶體管源極和底部晶體管源極之間的寄生電感，以避免開關(guān)節(jié)點(diǎn)VSSA（HS）引腳出現(xiàn)大的負(fù)瞬變。
• 建議將死區(qū)時(shí)間設(shè)置電阻（RDT）及其旁路電容靠近UCC20225-Q1系列的DT引腳放置。
• 當(dāng)與微控制器有一定距離連接時(shí)，建議在DIS引腳附近使用一個(gè)約1nF的低ESR/ESL電容（CDIS）進(jìn)行旁路。

  接地考慮

• 必須將充電和放電晶體管柵極的高峰值電流限制在最小的物理區(qū)域內(nèi)，以降低環(huán)路電感并最小化晶體管柵極端子上的噪聲。
• 注意包括自舉電容、自舉二極管、局部VSSB參考旁路電容和低端晶體管體/反并聯(lián)二極管在內(nèi)的高電流路徑。自舉電容通過自舉二極管由VDD旁路電容逐周期充電，此充電過程涉及高峰值電流，因此在電路板上最小化該環(huán)路的長度和面積對(duì)于確?？煽窟\(yùn)行至關(guān)重要。

  高壓考慮

• 為確保初級(jí)和次級(jí)側(cè)之間的隔離性能，應(yīng)避免在驅(qū)動(dòng)器設(shè)備下方放置任何PCB走線或銅。不建議在IC下方進(jìn)行PCB切割或刻痕，因?yàn)檫@可能會(huì)嚴(yán)重加劇電路板的翹曲和扭曲問題。
• 對(duì)于半橋或高端/低端配置，其中通道A和通道B驅(qū)動(dòng)器可能在高達(dá)700VDC的直流母線電壓下工作，應(yīng)盡量增加高低端PCB走線之間的爬電距離。

  熱考慮

• 如果驅(qū)動(dòng)電壓高、負(fù)載重或開關(guān)頻率高，UCC20225-Q1系列可能會(huì)耗散大量功率。適當(dāng)?shù)腜CB布局有助于將熱量從設(shè)備散發(fā)到PCB，并最小化結(jié)到板的熱阻抗（θJB）。
• 建議增加連接到VDDA、VDDB、VSSA和VSSB引腳的PCB銅面積，優(yōu)先考慮最大化與VSSA和VSSB的連接。然而，必須保持上述的高壓PCB考慮因素。
• 如果系統(tǒng)中有多層，建議通過適當(dāng)尺寸的多個(gè)過孔將VDDA、VDDB、VSSA和VSSB引腳連接到內(nèi)部接地或電源平面。這些過孔應(yīng)靠近IC引腳放置，以最大化熱導(dǎo)率。但要注意不同高壓平面的走線/銅不應(yīng)重疊。

總結(jié)

UCC20225-Q1和UCC20225A-Q1作為隔離式雙路柵極驅(qū)動(dòng)器，具有高可靠性、靈活的配置、強(qiáng)大的輸出能力和出色的開關(guān)性能等優(yōu)點(diǎn)，適用于汽車48V系統(tǒng)等多種應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮其特性和要求，合理選擇元件參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望本文對(duì)電子工程師們?cè)谑褂眠@兩款器件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似器件的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。