ZHCSPL5C March   2022  – May 2024 UCC27624-Q1

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 特性
  3. 应用
  4. 说明
  5. 引脚配置和功能
  6. 规格
    1. 5.1 绝对最大额定值
    2. 5.2 ESD 等级
    3. 5.3 建议运行条件
    4. 5.4 热性能信息
    5. 5.5 电气特性
    6. 5.6 开关特性
    7. 5.7 时序图
    8. 5.8 典型特性
  7. 详细说明
    1. 6.1 概述
    2. 6.2 功能方框图
    3. 6.3 特性说明
      1. 6.3.1 工作电源电流
      2. 6.3.2 输入级
      3. 6.3.3 使能功能
      4. 6.3.4 输出级
      5. 6.3.5 低传播延迟和紧密匹配的输出
    4. 6.4 器件功能模式
  8. 应用和实施
    1. 7.1 应用信息
    2. 7.2 典型应用
      1. 7.2.1 设计要求
      2. 7.2.2 详细设计过程
        1. 7.2.2.1 VDD 和欠压锁定
        2. 7.2.2.2 驱动电流和功率损耗
      3. 7.2.3 应用曲线
  9. 电源相关建议
  10. 布局
    1. 9.1 布局指南
    2. 9.2 布局示例
    3. 9.3 散热注意事项
  11. 10器件和文档支持
    1. 10.1 器件支持
      1. 10.1.1 第三方产品免责声明
    2. 10.2 接收文档更新通知
    3. 10.3 支持资源
    4. 10.4 商标
    5. 10.5 静电放电警告
    6. 10.6 术语表
  12. 11修订历史记录
  13. 12机械、封装和可订购信息

驱动电流和功率损耗

UCC27624-Q1 驱动器能够在 VDD = 12V 时向开关电源器件栅极(MOSFET、IGBT、SiC MOSFET、GaN FET)提供 5A 峰值电流并持续数百纳秒。需要较高的峰值电流才能快速导通器件。然后,要关断器件,需要驱动器向接地端灌入差不多大小的电流,并以功率器件的工作开关频率重复这一过程。栅极驱动器器件封装中耗散的功率取决于以下因素:

  • 功率 MOSFET 的栅极电荷(通常是驱动电压 VGS 的函数,由于低 VOH 压降,该电压非常接近于输入辅助电源电压 VDD)。
  • 开关频率
  • 外部栅极电阻器

因为 UCC27624-Q1 具有低静态电流和内部逻辑,能够消除输出驱动器级中的任何击穿,因此与功率器件开关造成的损耗相比,它们对栅极驱动器内功率耗散的影响非常小。

使用分立式容性负载对驱动器器件进行测试时,计算辅助电源所需的功率非常简单。下面的公式给出了一个例子,展示了必须从辅助电源传输多少能量才能为电容器充电。

方程式 1. UCC27624-Q1

其中

  • CLOAD 是负载电容器。
  • VDD 是驱动器的偏置电压。

对电容器进行放电时,存在等量的能量耗散。这会产生如以下公式示例所示的总功率损耗。

方程式 2. UCC27624-Q1

其中

  • fSW 为开关频率。

当 VDD = 12V、CLOAD = 10nF 且 fSW = 300kHz 时,可按照以下公式计算出开关功率损耗:

方程式 3. UCC27624-Q1

可以通过检查对器件进行开关所需的栅极电荷,将功率 MOSFET 表示的开关负载转换为等效电容。该栅极电荷包括输入电容的效果,以及当功率器件在导通和关断状态之间切换时使其漏极电压摆动所需的附加电荷。大多数制造商都提供用于在指定条件下对器件进行开关的栅极电荷典型值和最大值规格(以 nC 为单位)。使用栅极电荷 Qg 可确定电容器充电时必须耗散的功率,利用以下公式中所示的等效性 Qg = CLOADVDD 来计算。

方程式 4. UCC27624-Q1

假设 UCC27624-Q1 器件在每个输出端以 60nC 的栅极电荷(VDD = 12V 时,Qg = 60nC)驱动功率 MOSFET,则使用以下公式来计算出栅极电荷相关的功率损耗。

方程式 5. UCC27624-Q1

该功率 PG 在 MOSFET 导通或关断时在电路的电阻元件中耗散。在导通过程中对负载电容器进行充电时会耗散总功率的一半,在关断期间对负载电容器进行放电时会耗散另一半。如果在驱动器与 MOSFET/IGBT 之间没有采用外部栅极电阻器,该功率将完全耗散在驱动器封装中。在使用外部栅极电阻器的情况下,功率耗散会在驱动器的内部电阻和外部栅极电阻器之间分摊,具体分摊情况由这两个电阻之比决定(元件的电阻越高,耗散的功率越大)。根据该简化的分析,开关期间的驱动器功率耗散可按如下方式进行计算:

方程式 6. UCC27624-Q1

其中

  • ROFF = ROL
  • RON(上拉结构的有效电阻)

当外部栅极电阻足够大,可以降低驱动器的峰值电流时,需要使用上述公式。除了上述与栅极电荷相关的功率耗散外,驱动器中的耗散还与器件消耗的静态偏置电流相关的功率有关,该静态偏置电流用于偏置所有内部电路,如输入级(带上拉和下拉电阻)、使能和 UVLO 部分。如电气特性表中所示,静态电流小于 1mA。由驱动器内部电路的直流电流消耗引起的功率损耗可按以下公式计算。

方程式 7. UCC27624-Q1

假设在 12V 偏置电压下内部总电流消耗为 0.6mA(典型值),则驱动器中的直流功率损耗为:

方程式 8. UCC27624-Q1

与前面计算的与栅极电荷相关的功率耗散相比,此功率损耗微不足道。

使用 12V 电源时,偏置电流的估算如下(静态消耗额外增加 0.6mA 的开销):

方程式 9. UCC27624-Q1

如果栅极驱动器与电感负载一起使用,则应特别注意栅极驱动器器件每个引脚上的振铃。振铃不应超过引脚的建议工作额定值。