5 隔离式栅极驱动器

TI 栅极驱动器隔离 高达 5.7kV_RMS，有助于防止电击，同时提供更高的工作电压以及更宽的爬电距离和间隙，从而提高系统可靠性。主要有两种隔离式栅极驱动器系列：智能驱动器 UCC21750-Q1 系列和安全驱动器 UCC5870-Q1 系列。UCC21750-Q1 系列包括牵引逆变器中电源模块的保护特性，例如快速过流和短路检测、分流电流检测支持、故障报告、有源米勒钳位、输入和输出侧电源欠压锁定检测。隔离式模拟至 PWM 传感器有助于更轻松地进行温度或电压检测。

UCC5870-Q1 驱动器系列包括以下功能：

• 功能安全合规型 隔离式单通道栅极驱动器，支持高达 1kV_RMS 的工作电压和超过 40 年的隔离栅寿命，并提供低器件间偏移和 >100V/ns 的共模噪声抗扰度 (CMTI)
• 30A 的高峰值驱动强度，可更大限度地降低电源开关损耗并移除驱动电路上的缓冲器电路，从而降低成本。
• 温度传感器，用于监测电源模块的温度并允许在高达特定温度限制的条件下运行，从而帮助支持宽工作范围
• 具有米勒钳位，可防止误导通并使开关能够根据需要快速切换以实现效率目标

图 5-1 和图 5-2 显示了 UCC5870-Q1 和竞争器件在以下测试条件下的 30A 驱动强度：

• Vcc2 – Vee2 = 23V
• R_gon = R_goff = 0Ω
• 负载电容 = 1µF

提高牵引逆变器效率和降低 EMI 的一种方法是调整栅极驱动输出以控制压摆率，从而在温度、负载和电压等不同条件下改变开关速度。例如，当消耗电池电压时，瞬态电压 (dv/dt) 会自然变小，并且可以调节栅极驱动输出以使开关更快地转换。

图 5-3 和图 5-4 展示了基于 UCC5870-Q1 的可调栅极驱动实现方案。图 5-3 展示了设计图，而图 5-4 展示了设计板，该设计板连接到 WolfSpeed 公司的 XM3 半桥电源模块系列。

图 5-5 和图 5-6 展示了双脉冲测试波形。上升沿的平均开关 dv/dt 速度从 4.6kV/µs 增加到 21kV/µs。下降沿的平均开关 dv/dt 速度从 3.8kV/µs 增加到 13.5kV/µs。

以下两个图像均通过 800V 总线下的双脉冲测试波形收集。

表 5-1 比较了在 400V 总线电压下弱驱动（5.5Ω 栅极电阻）和强驱动（0.5Ω 栅极电阻）之间的开关能量。

表 5-2 比较了在 800V 总线电压下弱驱动和强驱动之间的开关能量。