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

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

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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)動器，能夠有效驅(qū)動MOSFET和IGBT功率開關。其設計從根本上減少了直通電流，可向容性負載提供高達5A的峰值源電流和5A的峰值灌電流，具備軌到軌驅(qū)動能力，典型傳播延遲僅為17ns。此外，該系列驅(qū)動器的兩個通道之間的內(nèi)部傳播延遲匹配良好，非常適合需要雙柵極驅(qū)動且對時序要求嚴格的應用，如同步整流器。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

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)設計提供了極大的靈活性。
• 低傳播延遲：典型傳播延遲僅17ns，能有效降低高頻開關應用中的脈沖傳輸失真。
• 精準的延遲匹配：兩個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)動并聯(lián)功率開關。
• 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。
• 獨立使能功能：UCC27528具有獨立的使能引腳（ENA和ENB），可對每個輸出進行獨立控制；UCC27527雖無專用使能引腳，但可通過未使用的輸入引腳輕松實現(xiàn)使能/禁用功能。
• UVLO保護：在VDD欠壓鎖定（UVLO）期間，輸出保持低電平，確保上電和下電時無干擾運行。典型UVLO閾值為4.25V，具有350mV的典型遲滯。
• 輸入浮空保護：當輸入引腳浮空時，輸出保持低電平，這是一項重要的安全特性，尤其在安全認證過程中的異常條件測試中非常有用。

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，滿足不同應用的需求。
• 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. 輸出級獨特設計

UCC2752x器件的輸出級上拉結(jié)構采用獨特架構，在功率開關導通過渡的米勒平臺區(qū)域（功率開關漏極/集電極電壓發(fā)生dV/dt變化時），能提供最大的峰值源電流。上拉結(jié)構由一個P溝道MOSFET和一個額外的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短暫導通，提供峰值源電流的短暫提升，實現(xiàn)快速導通。

三、應用領域

1. 開關電源

在開關模式電源和DC - DC轉(zhuǎn)換器中，UCC2752x可實現(xiàn)功率器件的快速開關，減少開關功率損耗。它能在控制設備的PWM輸出和功率半導體器件的柵極之間提供強大的驅(qū)動能力，解決數(shù)字控制器PWM信號無法有效驅(qū)動功率開關的問題，同時具備電平轉(zhuǎn)換和緩沖驅(qū)動功能。

2. 電機控制與太陽能

在電機控制和太陽能應用中，UCC2752x可作為功率開關的柵極驅(qū)動器，確保系統(tǒng)的高效運行。

3. 新興寬帶隙功率器件

對于如GaN等新興寬帶隙功率器件，UCC2752x能夠提供合適的柵極驅(qū)動，滿足其高速開關的需求。

四、設計要點

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。若希望輸入信號為高電平時功率MOSFET或IGBT導通，則應選擇非反相配置。
• UCC27527：每個通道可配置為反相或非反相輸入 - 輸出配置。若要實現(xiàn)反相配置，將INx + 引腳連接到VDD，并將輸入信號施加到INx - 引腳；若要實現(xiàn)非反相配置，將INx - 引腳連接到GND，并將輸入信號施加到INx + 引腳。

2. 使能與禁用功能

• UCC27528：具有獨立的使能引腳ENA和ENB，可對每個驅(qū)動通道進行獨立控制。使能引腳為高電平時，驅(qū)動器啟用；為低電平時，驅(qū)動器禁用。在標準操作中，使能引腳可浮空或不連接。
• UCC27527：可通過未使用的輸入引腳實現(xiàn)使能/禁用功能。當INx + 下拉到GND或INx - 下拉到VDD時，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超過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)動各種功率開關，如Si MOSFET、IGBT和寬帶隙功率半導體。

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。對于需要可編程傳播延遲的應用，該器件可接受緩慢的dV/dt輸入信號，工程師可在輸入引腳使用RCD電路來編程傳播延遲。

5. 驅(qū)動電流與功耗

• 驅(qū)動電流：UCC27527和UCC27528系列驅(qū)動器能夠在VDD = 12V時，在幾百納秒的時間內(nèi)向MOSFET柵極提供5A的電流。
• 功耗計算：功耗主要取決于負載電容、VDD偏置電壓和開關頻率。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)動器級的直通電流，因此對功耗的影響可忽略不計。

五、布局與電源建議

1. 布局指南

• 靠近功率器件：將驅(qū)動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：盡量減小導通和關斷電流環(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。
• 分離信號與功率走線：將功率走線和信號走線分開，如輸出和輸入信號。
• 采用星型接地：使用星型接地方式，將驅(qū)動器的GND連接到其他電路節(jié)點（如功率MOSFET的源極、PWM控制器的地等）的單點上，連接路徑應盡可能短且寬，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間在過渡期間干擾輸入信號。接地平面不應作為任何電流環(huán)路的傳導路徑，而應通過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）保護功能決定，上限由VDD引腳的20V絕對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的余量來應對瞬態(tài)電壓尖峰。
• UVLO保護與遲滯：UVLO保護功能具有遲滯特性，當VDD引腳偏置電壓超過閾值電壓后，若電壓下降，只要電壓降不超過遲滯規(guī)格VDD_H，器件將繼續(xù)正常工作。因此，在4.2V附近工作時，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)器件關機。
• 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推薦使用兩個電容，一個100nF的陶瓷表面貼裝電容靠近器件引腳，另一個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)動器憑借其卓越的電氣特性、豐富的功能和靈活的設計選項，成為了眾多開關電源應用的理想選擇。無論是在開關模式電源、DC - DC轉(zhuǎn)換器、電機控制還是新興寬帶隙功率器件驅(qū)動等領域，它們都能展現(xiàn)出出色的性能。作為電子工程師，在進行相關設計時，充分了解和利用這些特性，將有助于我們設計出更加高效、穩(wěn)定的電路系統(tǒng)。大家在實際應用中是否也遇到過類似的柵極驅(qū)動器選擇問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。