深入剖析NCV51561：5kVrms 4.5 - A/9 - A隔離雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，柵極驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET和SiC MOSFET等功率開關(guān)的關(guān)鍵組件。今天要給大家詳細(xì)介紹的是安森美（onsemi）的NCV51561隔離雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器，它具備諸多出色特性，能滿足多種應(yīng)用場景的需求。

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產(chǎn)品概述

NCV51561是一款隔離雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器，源極和灌極峰值電流分別可達(dá)4.5 - A和9 - A，專為快速開關(guān)設(shè)計(jì)，可用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET和SiC MOSFET功率開關(guān)。它具有短且匹配的傳播延遲，輸入到每個(gè)輸出之間有5kVrms的內(nèi)部電流隔離，兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器之間有內(nèi)部功能隔離，允許最高1500VDC的工作電壓。該驅(qū)動(dòng)器可用于雙低端、雙高端開關(guān)或半橋驅(qū)動(dòng)器的任何可能配置，還具備可編程死區(qū)時(shí)間功能。

關(guān)鍵特性

強(qiáng)大的輸出電流能力

具有4.5A峰值源電流和9A峰值灌電流輸出能力，能夠?yàn)楣β书_關(guān)提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，確保開關(guān)的快速導(dǎo)通和關(guān)斷。

靈活的驅(qū)動(dòng)配置

支持雙低端、雙高端或半橋柵極驅(qū)動(dòng)，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置。

獨(dú)立的欠壓鎖定保護(hù)

兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器都有獨(dú)立的欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)功能，當(dāng)電源電壓低于設(shè)定的閾值時(shí)，能及時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器輸出，保護(hù)電路安全。

寬輸出電源電壓范圍

輸出電源電壓范圍為6.5V至30V，針對(duì)MOSFET和SiC MOSFET分別有不同的UVLO閾值，如5V和8V用于MOSFET，13V和17V用于SiC。

高共模瞬態(tài)抗擾度

共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）大于200V/ns，能有效抵抗共模干擾，保證在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定工作。

可編程功能

用戶可通過ANB引腳選擇單輸入或雙輸入模式，還能設(shè)置使能或禁用模式；同時(shí)，死區(qū)時(shí)間也可通過外部電阻進(jìn)行編程設(shè)置。

安全認(rèn)證

符合AEC - Q100汽車應(yīng)用要求，具備5kVrms隔離1分鐘（符合UL1577要求）、8000VPK加強(qiáng)隔離電壓（符合VDE0884 - 11要求）、CQC認(rèn)證（符合GB4943.1 - 2011）和SGS FIMO認(rèn)證（符合IEC 62386 - 1），并且是無鉛器件。

典型應(yīng)用

NCV51561適用于多種應(yīng)用場景，包括車載充電器、xEV DC - DC轉(zhuǎn)換器、牽引逆變器和充電站等。這些應(yīng)用都對(duì)驅(qū)動(dòng)器的性能和可靠性有較高要求，NCV51561憑借其出色的特性能夠很好地滿足需求。

引腳功能及配置

引腳描述

• INA和INB：通道A和B的邏輯輸入引腳，內(nèi)部有下拉電阻連接到GND。
• VDD：輸入側(cè)電源電壓引腳，建議在VDD和GND之間放置旁路電容。
• GND：輸入側(cè)接地引腳，所有輸入側(cè)信號(hào)都以此引腳為參考。
• ENA/DIS：邏輯輸入引腳，在使能版本中，高電平使能兩個(gè)輸出通道；在禁用版本中，高電平禁用兩個(gè)輸出通道。
• DT：可編程死區(qū)時(shí)間輸入引腳，根據(jù)引腳電壓提供三種工作模式。
• ANB：邏輯輸入引腳，用于改變輸入信號(hào)配置，高電平時(shí)OUTA和OUTB為INA PWM輸入信號(hào)的互補(bǔ)輸出。
• VSSB和VSSA：通道B和A的接地引腳。
• OUTB和OUTA：通道B和A的輸出引腳。
• VCCB和VCCA：輸出通道B和A的電源電壓引腳，建議在VCCB和VSSB、VCCA和VSSA之間放置旁路電容。

輸入信號(hào)配置

用戶可通過ANB引腳設(shè)置輸入信號(hào)配置，有四種操作模式可供選擇，包括雙輸入雙輸出使能/禁用模式和單輸入雙輸出使能/禁用模式。未使用的輸入引腳應(yīng)連接到GND以提高抗噪能力。

保護(hù)功能

欠壓鎖定保護(hù)

NCV51561為初級(jí)側(cè)的VDD和次級(jí)側(cè)的VCCA、VCCB提供欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)功能。當(dāng)VDD電源電壓大于指定的欠壓鎖定閾值電壓，且ENA/DIS引腳處于相應(yīng)的使能或禁用狀態(tài)時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器才能正常工作。同時(shí)，每個(gè)通道的輸出驅(qū)動(dòng)器都有獨(dú)立的UVLO保護(hù)，只有當(dāng)次級(jí)側(cè)的通道電源電壓大于指定的UVLO閾值時(shí)，輸出才能根據(jù)輸入信號(hào)正常工作。

交叉導(dǎo)通保護(hù)

在半橋類型的死區(qū)時(shí)間（DT）控制模式下，交叉導(dǎo)通保護(hù)可防止高端和低端開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，避免短路損壞。通過可編程死區(qū)時(shí)間控制，可根據(jù)不同需求設(shè)置死區(qū)時(shí)間，當(dāng)DT引腳開路時(shí)，不允許兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出之間的交叉導(dǎo)通，最小死區(qū)時(shí)間典型值為10ns；當(dāng)DT引腳連接外部電阻（RDT）時(shí)，死區(qū)時(shí)間可根據(jù)RDT的值進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)DT引腳連接到VDD時(shí)，允許兩個(gè)輸出之間的重疊。

應(yīng)用信息

電源供應(yīng)建議

在開關(guān)導(dǎo)通期間，輸出到柵極的電流從VCCA和VCCB電源引腳獲取。因此，VCCA和VCCB引腳應(yīng)使用電容進(jìn)行旁路，電容值至少為柵極電容的十倍，且不小于100nF，并盡可能靠近器件放置，以實(shí)現(xiàn)去耦。建議使用兩個(gè)電容，一個(gè)100nF的陶瓷表面貼裝電容靠近器件引腳，另一個(gè)幾微法的表面貼裝電容與之并聯(lián)。

輸入級(jí)設(shè)計(jì)

NCV51561的輸入信號(hào)引腳（INA、INB、ANB和ENA/DIS）基于TTL兼容輸入閾值邏輯，與VDD電源電壓無關(guān)。邏輯電平兼容輸入的典型高、低閾值分別為1.6V和1.1V。為減少系統(tǒng)噪聲和接地反彈的影響，建議在輸入信號(hào)引腳上添加RC濾波器，其中RIN的范圍為0至100Ω，CIN為10pF至100pF。

輸出級(jí)設(shè)計(jì)

NCV51561的輸出驅(qū)動(dòng)器級(jí)具有上拉和下拉結(jié)構(gòu)。上拉結(jié)構(gòu)由PMOS級(jí)組成，可確保將輸出拉至VCC電平；下拉結(jié)構(gòu)由NMOS器件組成。在25°C時(shí)，上拉和下拉開關(guān)的輸出阻抗典型值可提供約+4.5A和 - 9A的峰值電流，在125°C時(shí)，最小灌電流和源電流分別為 - 7A和 + 2.6A。

驅(qū)動(dòng)電流能力考慮

峰值源電流和灌電流能力應(yīng)大于平均電流?？筛鶕?jù)所需的柵極電荷QG和開關(guān)時(shí)間tSW - ON/OFF計(jì)算所需的驅(qū)動(dòng)器電流額定值。在導(dǎo)通時(shí)，源電流應(yīng)滿足 (I{SOURCE} geq 1.5 × frac{Q{G}}{t{SW,ON}})；在關(guān)斷時(shí)，灌電流應(yīng)滿足 (I{SINK} geq 1.5 × frac{Q{G}}{t{SW,OFF}})。

柵極電阻考慮

柵極電阻的大小可用于減少寄生電感和電容引起的振鈴電壓，但會(huì)限制柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的電流能力。可通過公式 (I{SINK}=frac{V{CC}-V{OL}}{R{G, OFF}}) 和 (I{SOURCE}=frac{V{CC}-V{OH}}{R{G, ON}}) 計(jì)算由導(dǎo)通和關(guān)斷柵極電阻引起的電流能力限制值。

輸出級(jí)負(fù)偏置應(yīng)用

對(duì)于SiC MOSFET的應(yīng)用，柵極驅(qū)動(dòng)器需要能夠提供+20V和 - 2V至 - 5V的負(fù)偏置，同時(shí)具備最小輸出阻抗和高電流能力?？赏ㄟ^使用兩個(gè)隔離偏置電源或在隔離電源上使用齊納二極管來實(shí)現(xiàn)負(fù)偏置。負(fù)偏置可提高SiC MOSFET的抗噪能力，減少振鈴電壓。

PCB布局指南

為提高設(shè)計(jì)的開關(guān)特性和效率，在進(jìn)行PCB布局時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

• 組件放置：保持輸入/輸出走線盡可能短，減少布局中寄生電感和電容的影響，避免使用過孔；電源旁路電容和柵極電阻應(yīng)盡可能靠近柵極驅(qū)動(dòng)器放置；柵極驅(qū)動(dòng)器應(yīng)靠近開關(guān)器件，以減少走線電感，避免輸出振鈴。
• 接地考慮：在高速信號(hào)層下方設(shè)置實(shí)心接地平面，在VSSA和VSSB引腳旁邊設(shè)置實(shí)心接地平面，并使用多個(gè)VSSA和VSSB過孔，以減少寄生電感，最小化輸出信號(hào)的振鈴。
• 高壓（VISO）考慮：為確保初級(jí)和次級(jí)側(cè)之間的隔離性能，不要在驅(qū)動(dòng)器器件下方放置任何PCB走線或銅箔，建議進(jìn)行PCB切割，以避免可能影響NCV51561隔離性能的污染。

總結(jié)

NCV51561作為一款高性能的隔離雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器，憑借其強(qiáng)大的輸出電流能力、靈活的驅(qū)動(dòng)配置、豐富的保護(hù)功能和可編程特性，在汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)和配置，同時(shí)注意PCB布局等細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮NCV51561的性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。