UCC21351-Q1汽車級(jí)隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程師的日常工作中，柵極驅(qū)動(dòng)器是功率電路設(shè)計(jì)里的關(guān)鍵組件，它對(duì)功率晶體管的驅(qū)動(dòng)性能和整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。今天要給大家詳細(xì)介紹的是德州儀器（Texas Instruments）推出的UCC21351-Q1汽車級(jí)4A、6A基本隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器，它具有諸多出色特性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、UCC21351-Q1的特性亮點(diǎn)

1. 通用性強(qiáng)

UCC21351-Q1可配置為雙低側(cè)驅(qū)動(dòng)器、雙高側(cè)驅(qū)動(dòng)器或半橋驅(qū)動(dòng)器，能滿足不同的電路設(shè)計(jì)需求。這種靈活的配置方式使得它在各種功率拓?fù)渲卸寄馨l(fā)揮作用，為工程師提供了更多的設(shè)計(jì)選擇。

2. 汽車級(jí)認(rèn)證

該驅(qū)動(dòng)器通過(guò)了AEC - Q100認(rèn)證，器件溫度等級(jí)為1級(jí)，結(jié)溫范圍在 - 40°C至 + 150°C之間，這意味著它能夠在汽車等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，滿足汽車電子對(duì)可靠性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

3. 強(qiáng)大的輸出能力

具備高達(dá)4A的峰值源電流和6A的峰值灌電流輸出，能夠?yàn)楣β?a href="http://www.makelele.cn/tags/mosfet/" target="_blank">MOSFET、SiC和IGBT晶體管提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，確保這些功率器件能夠快速、可靠地開(kāi)關(guān)，減少開(kāi)關(guān)損耗。

4. 高共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）

CMTI大于125V/ns，這使得驅(qū)動(dòng)器在高共模干擾環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，有效避免因共模干擾而導(dǎo)致的誤動(dòng)作，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

5. 寬輸出驅(qū)動(dòng)電源范圍

輸出驅(qū)動(dòng)電源VDD最高可達(dá)25V，并且提供12V和17V VDD欠壓鎖定（UVLO）選項(xiàng)，能夠適應(yīng)不同的電源電壓需求，同時(shí)UVLO保護(hù)功能可以在電源電壓異常時(shí)保護(hù)驅(qū)動(dòng)器和功率器件。

6. 快速的開(kāi)關(guān)參數(shù)

典型傳播延遲為33ns，最大脈沖寬度失真為5ns，最大VDD上電延遲為10μs，這些快速的開(kāi)關(guān)參數(shù)有助于提高系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)速度和效率，減少開(kāi)關(guān)損耗。

7. 全面的保護(hù)功能

所有電源都具備UVLO保護(hù)，還有電阻可編程死區(qū)時(shí)間、禁用功能可同時(shí)關(guān)閉兩個(gè)輸出，以及集成的消抖濾波器可拒絕短于5ns的輸入瞬變，這些保護(hù)功能能夠有效提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

二、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

1. 車載電池充電器

在車載電池充電器中，UCC21351-Q1可以驅(qū)動(dòng)功率晶體管，實(shí)現(xiàn)高效的電池充電功能。其高輸出能力和快速開(kāi)關(guān)特性有助于提高充電器的效率和功率密度，同時(shí)其高抗干擾能力能夠確保在汽車復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。

2. 高壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

對(duì)于高壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，UCC21351-Q1的寬電源范圍和高CMTI特性使其能夠適應(yīng)高壓環(huán)境，并有效抵抗共模干擾，保證轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換。

3. 汽車HVAC和車身電子

在汽車HVAC（加熱、通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)以及車身電子中，UCC21351-Q1可以用于驅(qū)動(dòng)各種功率負(fù)載，如電機(jī)等。其靈活的配置方式和可靠的性能能夠滿足不同負(fù)載的驅(qū)動(dòng)需求，提高系統(tǒng)的整體性能。

三、引腳配置與功能

UCC21351-Q1采用DWK（SOIC 14）封裝，下面為大家介紹一些關(guān)鍵引腳的功能：

1. EN引腳

使能引腳，高電平有效時(shí)可使能兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出，低電平時(shí)則禁用兩個(gè)輸出。若不使用該引腳，建議將其連接到VCCI以獲得更好的抗噪性能。同時(shí)，為了過(guò)濾高頻噪聲，建議在EN引腳上使用RC濾波器，R取值范圍為0Ω至100Ω，C取值范圍為100pF至1000pF。

2. DT引腳

用于配置死區(qū)時(shí)間互鎖功能。將DT引腳浮空或短接至VCCI可禁用死區(qū)時(shí)間互鎖功能，允許輸出重疊；在DT和GND之間連接1.7kΩ至100kΩ的電阻（RDT）可設(shè)置驅(qū)動(dòng)器輸出之間的最小死區(qū)時(shí)間；連接0Ω至150Ω的電阻或?qū)T引腳短接至GND可使兩個(gè)輸出互鎖。需要注意的是，不建議使用大于1nF的陶瓷電容旁路該引腳。

3. INA和INB引腳

分別為A通道和B通道的輸入信號(hào)引腳，具有TTL/CMOS兼容的輸入閾值。若引腳懸空，內(nèi)部會(huì)將其拉低。為了過(guò)濾高頻噪聲，建議在INA和INB引腳上使用RC濾波器，R取值范圍為10Ω至100Ω，C取值范圍為10pF至100pF。

四、電氣特性與性能

1. 絕對(duì)最大額定值

了解驅(qū)動(dòng)器的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。例如，VCCI至GND的輸入偏置電源電壓范圍為 - 0.3V至6V，VDDA、VDDB至VSS的輸出偏置電源電壓范圍為 - 0.3V至30V等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確保工作電壓和電流不超過(guò)這些額定值，以免造成器件損壞。

2. ESD額定值

該驅(qū)動(dòng)器在汽車應(yīng)用中的靜電放電（ESD）額定值為人體模型（HBM）±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）±1000V，這表明它具有一定的ESD防護(hù)能力，但在實(shí)際使用中仍需注意靜電防護(hù)措施，避免因ESD導(dǎo)致器件損壞。

3. 推薦工作條件

在推薦工作條件下，VCCI的輸入偏置引腳電源電壓范圍為3.0V至5.5V，UCC21351C - Q1的輸出偏置電源電壓VDDA - VSSA、VDDB - VSSB范圍為13.5V至25V（12V UVLO選項(xiàng)），UCC21551D - Q1為19V至25V（17V UVLO選項(xiàng)）。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)盡量使驅(qū)動(dòng)器工作在推薦工作條件下，以保證其性能和可靠性。

4. 電氣參數(shù)

驅(qū)動(dòng)器的電氣參數(shù)包括電源電流、UVLO閾值和延遲、輸入輸出閾值等。例如，VCC靜態(tài)電流在不同輸入和電源電壓條件下有不同的值，VDDx UVLO上升閾值和下降閾值也因不同的UVLO選項(xiàng)而有所不同。這些參數(shù)對(duì)于理解驅(qū)動(dòng)器的工作特性和進(jìn)行電路設(shè)計(jì)非常重要。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

1. 輸入輸出濾波

為了提高驅(qū)動(dòng)器的抗干擾能力，建議在輸入引腳（INA、INB、EN）和輸出引腳使用適當(dāng)?shù)臑V波器。如在輸入引腳使用RC濾波器過(guò)濾高頻噪聲，在輸出引腳使用電容進(jìn)行旁路，以減少電壓波動(dòng)和噪聲干擾。

2. 死區(qū)時(shí)間設(shè)置

死區(qū)時(shí)間的設(shè)置對(duì)于防止功率晶體管的直通現(xiàn)象非常重要。UCC21351-Q1可以通過(guò)DT引腳進(jìn)行死區(qū)時(shí)間的編程，根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的電阻值來(lái)設(shè)置死區(qū)時(shí)間。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)功率晶體管的特性和開(kāi)關(guān)頻率等因素來(lái)確定最佳的死區(qū)時(shí)間。

3. 電源去耦

在VCCI、VDDA和VDDB引腳附近應(yīng)放置適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙?，以提供穩(wěn)定的電源。建議選擇低ESR和低ESL的多層陶瓷電容（MLCC），并根據(jù)電源電壓和電流需求選擇合適的電容值和電壓額定值。同時(shí)，要注意DC偏置對(duì)MLCC實(shí)際電容值的影響。

4. PCB布局

PCB布局對(duì)驅(qū)動(dòng)器的性能和可靠性有很大影響。在布局時(shí)，應(yīng)將低ESR和低ESL的電容靠近器件放置，以支持外部功率晶體管開(kāi)啟時(shí)的高峰值電流。同時(shí)，要盡量減少寄生電感，避免在驅(qū)動(dòng)器下方放置PCB走線或銅箔，以確保隔離性能。對(duì)于半橋或高側(cè)/低側(cè)配置，應(yīng)增加高低側(cè)PCB走線之間的爬電距離，以提高高壓性能。

六、總結(jié)

UCC21351-Q1汽車級(jí)隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器以其出色的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和豐富的保護(hù)功能，為電子工程師在功率電路設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分了解其特性和參數(shù)，注意各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，以確保設(shè)計(jì)出高效、可靠的功率電路。大家在使用UCC21351-Q1的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)一些特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。