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  • UCC27311A 具有 8V UVLO 和使能功能的 120V 3.7A/4.5A 半桥驱动器

    • ZHCSXH4 July   2024 UCC27311A

      PRODUCTION DATA  

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  • UCC27311A 具有 8V UVLO 和使能功能的 120V 3.7A/4.5A 半桥驱动器
  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 引脚配置和功能
  6. 5 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. 6 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 输入级
      2. 6.3.2 启用
      3. 6.3.3 欠压锁定 (UVLO)
      4. 6.3.4 电平转换器
      5. 6.3.5 自举二极管
      6. 6.3.6 输出级
      7. 6.3.7 负电压瞬变
    4. 6.4 器件功能模式
  8. 7 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 输入阈值类型
        2. 7.2.2.2 VDD 偏置电源电压
        3. 7.2.2.3 峰值拉电流和灌电流
        4. 7.2.2.4 传播延迟
        5. 7.2.2.5 功率耗散
      3. 7.2.3 应用曲线
  9. 8 电源相关建议
  10. 9 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 文档支持
      1. 10.2.1 相关文档
    3. 10.3 接收文档更新通知
    4. 10.4 支持资源
    5. 10.5 商标
    6. 10.6 静电放电警告
    7. 10.7 术语表
  12. 11修订历史记录
  13. 12机械、封装和可订购信息
    1. 12.1 封装选项附录
    2. 12.2 卷带包装信息
    3. 12.3 机械数据
  14. 重要声明
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Data Sheet

UCC27311A 具有 8V UVLO 和使能功能的 120V 3.7A/4.5A 半桥驱动器

本资源的原文使用英文撰写。 为方便起见，TI 提供了译文；由于翻译过程中可能使用了自动化工具，TI 不保证译文的准确性。 为确认准确性，请务必访问 ti.com 参考最新的英文版本（控制文档）。

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1 特性

  • 可驱动两个采用半桥配置的 N 沟道 MOSFET
  • -40°C 至 +150°C 的结温范围
  • HB 引脚上的 120V 绝对最大电压
  • 3.7A 灌电流，4.5A 拉电流输出
  • 8V 至 17V VDD 工作范围（绝对最大值 20V），具有 UVLO 功能
  • HS 引脚上的 -(28-VDD)V 绝对最大负瞬态容差（< 100ns 脉冲）
  • -10V 至 +20V 绝对最大输入引脚容差，与电源电压范围无关（与 TTL 兼容）
  • 开关参数：
    • 20ns 典型传播延迟时间
    • 1000pF 负载时上升时间为 7.2ns，下降时间为 5.5ns
    • 4ns 典型延迟匹配
  • 集成式自举二极管
  • 启用/禁用功能，且禁用时电流消耗较低（典型值为 3μA）

2 应用

  • 太阳能电源优化器和微型逆变器
  • 电信和商用电源
  • 在线和离线 UPS
  • 储能系统
  • 电池测试设备
UCC27311A 典型应用图典型应用图

3 说明

UCC27311A 是一款强大的栅极驱动器，专为驱动采用半桥或同步降压配置的两个 N 沟道 MOSFET 而设计，绝对最大自举电压为 120V。凭借 3.7A 的峰值拉电流和 4.5A 的峰值灌电流能力，UCC27311A 可在驱动大功率 MOSFET 的同时，使切换过程经过米勒平坦区时实现极低的开关损耗。开关节点（HS 引脚）可处理负瞬态电压，从而保护高侧通道不受寄生电感和杂散电容所固有的负电压影响。

输入与电源电压无关，并且能够承受 -10V 和 +20V 的绝对最大额定值。低侧和高侧栅极驱动器彼此之间的开通和关断时间均为 4ns，并通过 LI 和 HI 输入引脚独立控制。由于使用了一个额定电压为 120V 的片上自举二极管，因此无需添加分立式自举二极管。高侧和低侧驱动器均配有欠压锁定 (UVLO) 功能，可提供对称的开通和关断行为，并且能够在驱动电压低于额定阈值时将输出强制为低电平。

封装信息
器件型号 封装(1) 封装尺寸（标称值）
UCC27311ADRCR DRC（VSON，10） 3mm × 3mm
(1) 有关所有可用封装，请参阅节 12。

4 引脚配置和功能

UCC27311A DRC 封装 10 引脚 SON顶视图图 4-1 DRC 封装 10 引脚 SON顶视图
表 4-1 引脚功能
引脚 类型(3) 说明
名称 DRC
EN 6 I 使能输入。当该引脚被拉高时，它将启用驱动器。如果保持悬空或被拉低，它将禁用驱动器。建议在 EN 和 VSS 之间放置一个滤波电容器（通常为 1nF 至 10nF），以提高敏感应用的抗噪性能。
HB 3 P 高侧自举电源。自举二极管位于片上，但需要外部自举电容器。将自举电容器的正极侧连接到该引脚。HB 旁路电容器的典型范围为 0.022µF 至 0.1µF。电容器值取决于高侧 MOSFET 的栅极电荷，还必须根据速度和纹波标准进行选择。
HI 7 I 高侧输入。(1)
HO 4 O 高侧输出。连接到高侧功率 MOSFET 的栅极。
HS 5 P 高侧源极连接。连接到高侧功率 MOSFET 的源极。将自举电容器的负极侧连接到该引脚。
LI 8 I 低侧输入。(1)
LO 10 O 低侧输出。连接到低侧功率 MOSFET 的栅极。
VDD 1 P 低侧栅极驱动器的正电源。将该引脚去耦合至 VSS (GND)。典型去耦电容器范围为 0.22µF 到 4.7µF（请参阅(2)）。
VSS 9 G 器件的负电源端子，通常为接地。
散热焊盘 Pad — 连接到热质量较大的布线或 GND 平面以提高热性能。引脚 VSS 和外露散热焊盘在内部连接。
(1) 假设 HI、LI 和 EN 输入连接到低阻抗源信号。假设源输出阻抗小于 100Ω。如果源阻抗大于 100Ω，请在 HI 和 VSS 之间、LI 和 VSS 之间以及 EN 和 VSS 之间分别添加一个旁路电容器。添加的电容器值取决于引脚上出现的噪声水平，通常 1nF 至 10nF 应能有效消除可能的噪声影响。当 HI 或 LI 这两个引脚上出现噪声时，会导致 HO 和 LO 故障，产生错误的逻辑输出。
(2) 对于低温应用，TI 建议使用电容范围上限值。请遵循 PCB 布局的布局指南。
(3) G = 接地，I = 输入，O = 输出，P = 电源。

5 规格

5.1 绝对最大额定值

在自然通风条件下的工作温度范围内，且所有电压以 Vss 为基准（除非另有说明）。(1)
最小值 最大值 单位
VDD 电源电压 -0.3 20 V
VHI，VLI HI 和 LI 上的输入电压 -10 20 V
VEN EN 上的输入电压 EN 上的输入电压或 EN -10 20 V
VLO LO 上的输出电压 DC -0.3 VDD + 0.3 V
重复脉冲 < 100 ns(2) -2 VDD + 0.3
VHO HO 上的输出电压 DC VHS – 0.3 VHB + 0.3 V
重复脉冲 < 100 ns(2) VHS – 2 VHB + 0.3
VHS HS 电压 DC -1 120 V
重复脉冲 < 100 ns(2) -(28-VDD) 120
VHB HB 电压 -0.3 120 V
HB-HS 上的电压 -0.3 20 V
TJ 工作结温 -40 150 °C
Tstg 贮存温度 -65 150 °C
(1) 超出绝对最大额定值 运行可能会对器件造成永久损坏。绝对最大额定值 并不表示器件在这些条件下或在建议运行条件 以外的任何其他条件下能够正常运行。如果超出建议运行条件 但在绝对最大额定值 范围内使用，器件可能不会完全正常运行，这可能影响器件的可靠性、功能和性能，并缩短器件寿命。
(2) 这些值根据特征进行验证，并未经过生产测试。

5.2 ESD 等级

值 单位
V(ESD) 静电放电 人体放电模型 (HBM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 标准(1) ±2000 V
充电器件模型 (CDM)，符合 JEDEC 规范 JESD22-C101(2) ±1500
(1) JEDEC 文档 JEP155 指出：500V HBM 时能够在标准 ESD 控制流程下安全生产。
(2) JEDEC 文档 JEP157 指出：250V CDM 时能够在标准 ESD 控制流程下安全生产。

5.3 建议运行条件

在自然通风条件下的工作温度范围内，且所有电压以 Vss 为基准（除非另有说明）。
最小值 标称值 最大值 单位
VDD 电源电压 8 12 17 V
VHS HS 电压 -1 105 V
VHB HB 电压 VHS + 8，
VDD – 1		 VHS + 17，
115		 V
SRHS HS 上的电压压摆率 50 V/ns
TJ 工作结温 -40 150 °C

5.4 热性能信息

热指标(1) UCC27311A 单位
DRC (VSON)
10 引脚
RθJA 结至环境热阻 51.9 °C/W
RθJC(top) 结至外壳（顶部）热阻 58.3 °C/W
RθJB 结至电路板热阻 24.6 °C/W
ψJT 结至顶部特征参数 1.7 °C/W
ψJB 结至电路板特征参数 24.6 °C/W
RθJC(bot) 结至外壳（底部）热阻 9.2 °C/W
(1) 有关新旧热指标的更多信息，请参阅“半导体和 IC 封装热指标”应用报告 (SPRA953)。

5.5 电气特性

VDD = VHB = 12V，VHS = VSS = 0V，LO 或 HO 无负载，TJ = TJ = –40°C 至 +150°C（除非另有说明）。
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
电源电流
IDD VDD 静态电流 VLI = VHI = 0V，VEN = 3V 0.11 0.19 mA
IDDO VDD 工作电流  f = 500kHz，CLOAD = 0，VEN = 3V 1.4 3 mA
IHB 启动电压静态电流 VLI = VHI = 0V，VEN = 3V 0.065 0.12 mA
IHBO 启动电压工作电流 f = 500kHz，CLOAD = 0，VEN = 3V 1.3 3 mA
IHBS HB 至 VSS 静态电流 VHS = VHB = 105V，VEN = 3V 0.0005 1 μA
IHBSO HB 至 VSS 工作电流 f = 500kHz，CLOAD = 0，VEN = 3V 0.03 1 mA
IDD_DIS EN 引脚拉至低电平时的驱动器电流（禁用） VEN = 0 3 μA
输入
VHIT_HI 输入电压高电平阈值  1.7 2.3 2.55 V
VHIT_LI 输入电压高电平阈值  1.7 2.3 2.55 V
VLIT_HI 输入电压低电平阈值  1.2 1.6 1.9 V
VLIT_LI 输入电压低电平阈值  1.2 1.6 1.9 V
VIHYS HI 输入电压迟滞 0.7 V
VIHYS LI 输入电压迟滞  0.7 V
RIN_HI 输入下拉电阻  VIN = 3V 68 kΩ
RIN_LI 输入下拉电阻  VIN = 3V 68 kΩ
ENABLE
VEN EN 引脚上用于启用驱动器的电压阈值 1.7 2.3 2.55 V
VDIS EN 引脚上用于禁用驱动器的电压阈值 1.2 1.6 1.9 V
VENHYS 使能引脚迟滞 0.7 V
REN EN 引脚内部下拉电阻 VEN = 3V 80 kΩ
TEN EN 引脚被拉至高电平后启用驱动器的时间 VEN = 3V 10 μs
TDIS 在 EN 引脚被拉至低电平后禁用驱动器的时间 VEN = 0V 0.1 μs
欠压保护 (UVLO)
VDDR VDD 上升阈值 6.2 7 7.8 V
VDDHYS VDD 阈值迟滞 0.5 V
VHBR VHB 上升阈值 5.6 6.7 7.9 V
VHBHYS VHB 阈值迟滞 1.1 V
自举二极管
VF 低电流正向电压 IVDD-HB = 100μA 0.65 0.85 V
VFI 高电流正向电压 IVDD-HB = 100mA 0.9 1.05 V
RD 动态电阻，ΔVF/ΔI IVDD-HB = 160mA 和 180mA 0.3 0.55 0.85 Ω
LO 栅极驱动器
VLOL 低电平输出电压 ILO = 100mA 0.07 0.19 V
VLOH 高电平输出电压 ILO = -100mA，VLOH = VDD – VLO 0.11 0.29 V
峰值上拉电流(1) VLO = 0V 3.7 A
峰值下拉电流(1) VLO = 12V 4.5 A
HO 栅极驱动器
VHOL 低电平输出电压 IHO = 100mA 0.07 0.19 V
VHOH 高电平输出电压 IHO = –100mA，VHOH = VHB- VHO 0.11 0.29 V
峰值上拉电流(1) VHO = 0V 3.7 A
峰值下拉电流(1) VHO = 12V 4.5 A
(1) 未经量产测试的参数。

5.6 开关特性

VDD = VHB = 12V，VHS = VSS = 0V，LO 或 HO 无负载，TJ = TJ = –40°C 至 +150°C（除非另有说明）。
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
传播延迟
tDLFF VLI 下降至 VLO 下降 CLOAD = 0pF，从 LI 的 VLIT 到 LO 下降的 90% 10 19 30 ns
tDHFF VHI 下降至 VHO 下降 CLOAD = 0pF，从 HI 的 VLIT 到 HO 下降的 90% 10 19 30 ns
tDLRR VLI 上升至 VLO 上升 CLOAD = 0pF，从 LI 的 VHIT 到 LO 上升的 10% 10 20 42 ns
tDHRR VHI 上升至 VHO 上升 CLOAD = 0pF，从 HI 的 VHIT 到 HO 上升的 10% 10 20 42 ns
延迟匹配
tMON LI 开启，HI 关闭 TJ = 25°C，从 LO 上升的 10% 到 HO 下降的 90% 4 9.5 ns
tMON LI 开启，HI 关闭 TJ = -40°C 至 150°C，从 LO 上升的 10% 到 HO 下降的 90% 4 17 ns
tMOFF LI 关闭，HI 打开 TJ = 25°C，从 LO 下降的 90% 到 HO 上升的 10% 4 9.5 ns
tMOFF LI 关闭，HI 打开 TJ = -40°C 至 150°C，从 LO 下降的 90% 到 HO 上升的 10% 4 17 ns
输出上升和下降时间
tR_LO LO 上升时间 CLOAD = 1000pF，从 10% 到 90% 7.2 ns
tR_HO HO 上升时间 CLOAD = 1000pF，从 10% 到 90% 7.2 ns
tF_LO LO 下降时间 CLOAD = 1000pF，从 90% 到 10% 5.5 ns
tF_HO HO 下降时间 CLOAD = 1000pF，从 90% 到 10% 5.5 ns
tR_LO_p1 LO 上升时间（3V 至 9V） CLOAD = 0.1μF（3V 至 9V） 0.27 0.6 μs
tR_HO_p1 HO 上升时间（3V 至 9V） CLOAD = 0.1μF（3V 至 9V） 0.27 0.6 μs
tF_LO_p1 LO 下降时间（9V 至 3V） CLOAD = 0.1μF（9V 至 3V） 0.16 0.4 μs
tF_HO_p1 HO 下降时间（9V 至 3V） CLOAD = 0.1μF（9V 至 3V） 0.16 0.4 μs
其他
tIN_PW 可改变输出 LO 的最小输入脉冲宽度 40 ns
tIN_PW 可改变输出 HO 的最小输入脉冲宽度 40 ns
tOFF_BSD 自举二极管关断时间(1)(2) IF = 20mA，IREV = 0.5A(3) 20 ns
(1) 未经量产测试的参数。
(2) TA = 25°C 的典型值。
(3) IF：施加到自举二极管的正向电流，IREV：施加到自举二极管的反向电流。

5.7 时序图

UCC27311A 时序图图 5-1 时序图

5.8 典型特性

UCC27311A 静态电流与电源电压间的关系
T = 25°C
图 5-2 静态电流与电源电压间的关系
UCC27311A 启动电压工作电流与频率间的关系（HB 至 HS）
VHB – VHS = 12V
图 5-4 启动电压工作电流与频率间的关系（HB 至 HS）
UCC27311A 输入阈值与温度间的关系
VDD = 12V
图 5-6 输入阈值与温度间的关系
UCC27311A LO 和 HO 低电平输出电压与温度间的关系
IHO = ILO = 100mA
图 5-8 LO 和 HO 低电平输出电压与温度间的关系
UCC27311A 欠压锁定阈值与温度间的关系
图 5-10 欠压锁定阈值与温度间的关系
UCC27311A 传播延迟与温度间的关系
VDD = VHB = 12V
图 5-12 传播延迟与温度间的关系
UCC27311A 延迟匹配与温度间的关系
VDD = VHB = 12V
图 5-14 延迟匹配与温度间的关系
UCC27311A 禁用延迟与温度间的关系
VDD = VHB = 12V
图 5-16 禁用延迟与温度间的关系
UCC27311A 二极管电流与二极管电压间的关系
图 5-18 二极管电流与二极管电压间的关系
UCC27311A IDD 工作电流与频率间的关系
VDD = 12V
图 5-3 IDD 工作电流与频率间的关系
UCC27311A 输入阈值与电源电压间的关系
T = 25°C
图 5-5 输入阈值与电源电压间的关系
UCC27311A 启用阈值与温度间的关系
VDD = 12V
图 5-7 启用阈值与温度间的关系
UCC27311A LO 和 HO 高电平输出电压与温度间的关系
IHO = ILO = 100mA
图 5-9 LO 和 HO 高电平输出电压与温度间的关系
UCC27311A 欠压锁定阈值迟滞与温度间的关系
图 5-11 欠压锁定阈值迟滞与温度间的关系
UCC27311A 传播延迟与电源电压间的关系(VDD = VHB)
T = 25°C
图 5-13 传播延迟与电源电压间的关系(VDD = VHB)
UCC27311A 启用延迟与温度间的关系
VDD = VHB = 12V
图 5-15 启用延迟与温度间的关系
UCC27311A 输出电流与输出电压间的关系
VDD = VHB = 12V
图 5-17 输出电流与输出电压间的关系

6 详细说明

6.1 概述

UCC27311A 是一款高压栅极驱动器，专为驱动采用同步降压或半桥配置的高侧和低侧 N 沟道 MOSFET 而设计。两个输出由两个 TTL 兼容输入信号独立控制。只要信号符合该器件的导通和关断阈值规格，该器件还可在其输入端使用 CMOS 型控制信号。该悬空高侧驱动器能够在高达 115V 的 HB 电压（以 VSS 为基准）下运行。UCC27311A 器件内部集成了 120V 自举二极管，用于为高侧栅极驱动自举电容充电。稳健可靠的电平转换器同时拥有高运行速度和低功耗特性，并且可提供从控制逻辑到高侧栅极驱动器的干净电平转换。该器件在低侧和高侧电源轨上提供了欠压锁定 (UVLO) 功能。提供了 EN 引脚（在采用 DRC 封装的器件中）来启用或禁用驱动器。

在 UCC27311A 器件中，高侧和低侧均具有独立的输入，从而在应用中提供强大的输入控制信号灵活性。高侧驱动器偏置电源的自举二极管位于 UCC27311A 内部。高侧驱动器以开关节点 (HS) 为基准，该节点通常是高侧 MOSFET 的源极引脚和低侧 MOSFET 的漏极引脚。低侧驱动器以 VSS 为基准（通常接地）。UCC27311A 功能分为输入级、UVLO 保护、电平位移、自举二极管和输出驱动器级。

表 6-1 UCC27311A 亮点
特性优势
3.7A 拉电流和 4.5A 灌电流高峰值电流，非常适合以极小功耗驱动大功率 MOSFET（米勒平坦区域上的快速驱动能力）
输入引脚（HI 和 LI）可以直接处理 –10VDC 至 20VDC 范围具备增强的稳健性且能够处理下冲和过冲，从而可以直接连接到栅极驱动变压器，而无需使用整流二极管。
120V 内部自举二极管可提供电压裕度，以满足浪涌要求
开关节点（HS 引脚）能够在 100ns 内处理 -(28-VDD)V 绝对最大值让高侧通道获得额外保护，以避免受到寄生电感和杂散电容引起的固有负电压的影响
可处理电压尖峰的强大 ESD 电路出色的大 dV/dT 条件抗扰度
20ns 传播延迟，以及 7.2ns 上升时间和 5.5ns 下降时间出色的开关特性和极低脉冲传输失真
启用/禁用功能针对不同的系统状态（如上电时序控制）提供额外的驱动器控制，并在禁用时提供低静态电流消耗
通道间的延迟匹配时间为 4ns（典型值）避免电桥中的变压器伏秒偏移
具有更高迟滞的 TTL 优化阈值模拟或数字 PWM 控制器的补充；更高迟滞可提供更强的抗噪性能

6.2 功能方框图

UCC27311A

6.3 特性说明

 
Texas Instruments

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