兼容MOSFET、IGBT和SiC器件的全新隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)更快動(dòng)態(tài)響應(yīng)

為了滿足工業(yè)自動(dòng)化與控制行業(yè)向下一代升級(jí)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)與能源存儲(chǔ)運(yùn)輸系統(tǒng)中能源效率的階梯式增長的需求，德州儀器（TI）推出適用于高壓應(yīng)用的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器UCC21520。

據(jù)TI亞太區(qū)模擬產(chǎn)品汽車方案業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳渭強(qiáng)介紹，UCC21520的最大特色是快，其傳播延遲僅19ns，通道至通道延遲匹配不足5ns，是目前行業(yè)最高水平。憑借這一優(yōu)勢，UCC21520帶來了更高的開關(guān)頻率、功率密度，從而能實(shí)現(xiàn)更高效率。

圖： TI亞太區(qū)模擬產(chǎn)品汽車方案業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳渭強(qiáng)

除此之外，吳渭強(qiáng)介紹了UCC21520在以下幾方面的優(yōu)勢。

UCC21520功率密度更高，尺寸更小。UCC21520的4A源電流與6A灌電流使得高頻開關(guān)電源應(yīng)用1.8nF負(fù)載上升時(shí)間和下降時(shí)間加快為6ns和7ns，從而降低開關(guān)損耗。吳渭強(qiáng)表示，在一個(gè)功率設(shè)計(jì)中，散熱系統(tǒng)的尺寸是最大的，假如可以使功率管更有效率地開/關(guān)，它的損耗將顯著減小。損耗小，一方面使能源效率得以提升，另一方面可以減小體積，體積的減小意味著功率密度的提升。以往的功率管主要是MOS管和IGBT，現(xiàn)在大家開始關(guān)注新材料SiC（碳化硅）。SiC器件的特色是開關(guān)時(shí)間更快，讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的頻率，同時(shí)還可以減小整個(gè)散熱部分的尺寸。UCC21520可以同時(shí)搭配MOS管、IGBT和最新的碳化硅方案。

吳渭強(qiáng)強(qiáng)調(diào)，6ns的上升時(shí)間是基于1.8nF電容給出的。市場現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器參數(shù)中采用的電容通常只有幾百pF，相比而言，1.8nF這是一個(gè)非常大的電容，UCC21520能夠在大電容條件下實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)，使整個(gè)開關(guān)過程中功率的損耗降到最低，是非常重要的突破。

UCC21520提供了頂級(jí)的隔離可靠性。UCC21520的浪涌防護(hù)經(jīng)測試高達(dá)12.8kV，噪聲抗擾度超過100V/ns，能夠防止數(shù)據(jù)中心、工廠和其他高壓環(huán)境等終端設(shè)備遇到經(jīng)常遇到的狀況，有效提高安全性。

此外，UCC21520還具有高度的靈活性，它具有3V至18V寬范的輸入電壓范圍、可編程死區(qū)時(shí)間控制以及雙通道和并行輸出，能為設(shè)計(jì)師提供適用于多種應(yīng)用的單個(gè)靈活元件。UCC21520可配置為兩個(gè)低側(cè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)高側(cè)驅(qū)動(dòng)器或一個(gè)死區(qū)時(shí)間 (DT) 可編程的半橋驅(qū)動(dòng)器。禁用引腳在設(shè)為高電平時(shí)可同時(shí)關(guān)斷兩個(gè)輸出，在懸空或接地時(shí)允許器件正常運(yùn)行。

圖：UCC21520功能框圖

吳渭強(qiáng)告訴21ic記者，UCC21520的靈活性還體現(xiàn)在多個(gè)芯片可以并聯(lián)使用。如果客戶用在2kW至10kW的方案中，并聯(lián)的機(jī)會(huì)不太大。但在非常熱門的電動(dòng)車等應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)高達(dá)30kW或50kW的大功率電機(jī)，系統(tǒng)中很可能是多個(gè)功率器件。例如IPM模塊都是多組電源，有時(shí)候需要更多組的外圍器件并聯(lián)在一起，越多功率管并聯(lián)在一起，就需要越強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。UCC21520具有非常好的靈活性，它允許兩組并聯(lián)和多組并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)更大的輸出能力，將輸出簡化。這一設(shè)計(jì)驗(yàn)證了UCC21520生產(chǎn)工藝的高超技術(shù)，如果兩組并聯(lián)，每一組的誤差都要極小，才能避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的觸發(fā)。

此外，UCC21520的待機(jī)電流低至每個(gè)通道1mA，可提高用電效率，延長設(shè)備的使用壽命。除了熱門的電動(dòng)車應(yīng)用，吳渭強(qiáng)認(rèn)為，UCC21520在數(shù)據(jù)中心、太陽能逆變器以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等對(duì)功率密度和魯棒隔離要求非常高的領(lǐng)域中將體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，幫助工程師實(shí)現(xiàn)更小、更可靠的設(shè)計(jì)。