ZHDA308 May   2026 UCC34141

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
    1. 1.1 终端设备牵引逆变器
    2. 1.2 逆变器为何需要安全性？
    3. 1.3 FuSa 开发流程
      1. 1.3.1 V 模型开发
      2. 1.3.2 逆变器安全生命周期
  5. 2牵引逆变器的 FuSa 要求
    1. 2.1 牵引逆变器结构与功能介绍
    2. 2.2 FuSa 要求推导过程
    3. 2.3 安全目标
    4. 2.4 FuSa 概念
      1. 2.4.1 FSC 设计架构
      2. 2.4.2 故障树分析
      3. 2.4.3 FuSa 要求
    5. 2.5 技术安全概念
      1. 2.5.1 TSC 设计体系结构
      2. 2.5.2 失效模式和影响分析
      3. 2.5.3 技术安全要求
  6. 3逆变器上的安全设计实现方案
    1. 3.1 TI FuSa 产品
    2. 3.2 TSR 如何实现？
      1. 3.2.1 位置传感器
      2. 3.2.2 MCU
      3. 3.2.3 逻辑电路
      4. 3.2.4 智能隔离式栅极驱动器
    3. 3.3 相关失效注意事项
    4. 3.4 牵引逆变器的详细 FuSa 设计结构
    5. 3.5 借助 TI 安全器件实现 FuSa 要求
      1. 3.5.1 MCU
      2. 3.5.2 栅极驱动器
        1. 3.5.2.1 栅极监控电路和过流保护
        2. 3.5.2.2 UCC5881-Q1 中的其他安全机制
      3. 3.5.3 隔离辅助电源
        1. 3.5.3.1 集中式低压隔离式电源架构
        2. 3.5.3.2 全分布式低压隔离式电源架构
        3. 3.5.3.3 半分布式低压隔离式电源架构
        4. 3.5.3.4 高压隔离式偏置电源
        5. 3.5.3.5 TI 的牵引逆变器中隔离式偏置电源设计
      4. 3.5.4 电源管理 IC
        1. 3.5.4.1 具有保护和独立热关断功能的多路径电源轨
        2. 3.5.4.2 电源轨电压监控
        3. 3.5.4.3 MCU 故障监控和其他保护机制
      5. 3.5.5 位置传感器
      6. 3.5.6 电流传感器
      7. 3.5.7 电压传感器
        1. 3.5.7.1 隔离式直流电压检测
        2. 3.5.7.2 非隔离式直流电压检测
      8. 3.5.8 温度传感器
  7. 4总结
  8. 5参考资料

3.2.4 智能隔离式栅极驱动器

UCC5881-Q1 是一款隔离式、高度可配置、驱动强度可调的栅极驱动器，专用于驱动大功率 SiC MOSFET 和 IGBT。该器件是一款符合 TI FuSa 标准的器件，根据 ISO26262:2018 开发并完成全面验证。配套文档支持 ISO26262: 2018 系统设计，器件内置大量安全机制，最高可满足 ASIL-D 等级。

UCC5881-Q1 在初级侧和次级侧均具备专用的硬件 ASC 引脚。无论 PWM 输入如何，此主动短路功能都允许系统强制设置功率晶体管的状态。如果主 MCU 由于故障或其他原因而不可用，次级控制电路会将 ASC_EN 输入驱动为高电平，以强制器件的输出处于由 ASC 引脚输入所定义的状态。图 3-9 展示了 UCC5881-Q1 上典型 ASC 实现图。BIST 也会检测 ASC 电路，以确保其正常运行。

表 3-1 展示了安全状态引脚的输入真值表，其中展示不同输入组合如何决定输出状态。除了这些基本功能，ASC 还可以灵活配置为高优先级事件，从而覆盖某些其他故障（例如 DESAT、击穿、SPI 故障等）。无论 UCC5881-Q1 初级侧电源故障和其他与 PWM/通信相关的故障如何，次级侧 ASC 仍可强制系统进入安全状态。更多详情参见 UCC5881-Q1 数据表。

使用 UCC5881-Q1 的 ASC 实现图 3-9 使用 UCC5881-Q1 的 ASC 实现
表 3-1 UCC5881-Q1 安全状态引脚的真值表
INP INN ASC_EN_SEC ASC_SEC ASC_EN_PRI ASC_PRI 输出状态
0 0 0 x 0 x 低
1 0 0 x 0 x 高
x 1 0 x 0 x 低
x x 1 0 x x 低
x x 1 1 x x 高
x x 0 x 1 0 低
x x 0 x 1 1 高

UCC5881-Q1 的击穿保护 (STP) 功能可针对 MCU 发出的错误 PWM 命令导致的击穿情况提供额外防护。若在上述保护生效的情况下仍发生过流或功率模块短路事件，UCC5881-Q1 将通过 DESAT 信号上报此事件，该信号同时由 BIST 监测。

在牵引逆变器安全设计应用中，外部 ASC 信号（来自 MCU 和外部逻辑电路）路由至 UCC5881-Q1 初级侧 ASC 引脚或次级侧 ASC 引脚。该配置可确保必要时栅极驱动器输出独立于 PWM 输入，从而向功率模块生成对应的安全状态输出。PWM 信号和 ASC 信号均通过隔离通道检测安全机制进行保护，以解决潜在的隔离通道故障。基于这些 FuSa 特性，系统可使用 TI 的安全导向器件满足与 FSR 1.6 相关的 TSR 要求。