探索 onsemi NCV51563 隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器的卓越性能

在電力電子領(lǐng)域，柵極驅(qū)動(dòng)器扮演著至關(guān)重要的角色，它直接影響著功率開關(guān)的性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。今天，我們將深入探討 onsemi 公司的 NCV51563 隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器，這款產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上具有諸多亮點(diǎn)，為工程師們提供了強(qiáng)大的支持。

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產(chǎn)品概述

NCV51563 是一款隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器，具備 4.5 - A/9 - A 的源極和漏極峰值電流，專為快速開關(guān)驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 功率開關(guān)而設(shè)計(jì)。它擁有短且匹配的傳播延遲，兩個(gè)獨(dú)立的 5 kVRMS 內(nèi)部電流隔離（從輸入到每個(gè)輸出）以及兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器之間的內(nèi)部功能隔離，允許高達(dá) 1850 VDC 的工作電壓。此外，ENA/DIS 引腳可根據(jù)設(shè)置同時(shí)關(guān)閉或啟用兩個(gè)輸出。

關(guān)鍵特性解析

靈活性設(shè)計(jì)

NCV51563 具有靈活的配置方式，可以作為雙低側(cè)、雙高側(cè)或半橋柵極驅(qū)動(dòng)器使用。這種靈活性使得它能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，滿足多樣化的設(shè)計(jì)需求。

強(qiáng)大的輸出能力

該驅(qū)動(dòng)器具備 4.5 - A 峰值源電流和 9 - A 峰值漏電流輸出能力，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、穩(wěn)定切換。

獨(dú)立的 UVLO 保護(hù)

為兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器提供獨(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)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉輸出，保護(hù)功率開關(guān)免受損壞。

寬輸出電源電壓范圍

輸出電源電壓范圍從 6.5 V 到 30 V，并且針對(duì) MOSFET 和 SiC 提供了不同的 UVLO 閾值（如 5 - V、8 - V、13 - V 和 17 - V），滿足不同類型功率開關(guān)的需求。

高共模瞬態(tài)抗擾度

共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）大于 200 V/ns，能夠有效抵抗共模干擾，確保在復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。

低傳播延遲和匹配性

典型傳播延遲為 36 ns，每通道最大延遲匹配為 5 ns，最大脈沖寬度失真為 5 ns，保證了信號(hào)的快速、準(zhǔn)確傳輸。

用戶可編程功能

支持用戶可編程輸入邏輯，可通過 ANB 引腳選擇單輸入或雙輸入模式，以及啟用或禁用模式。同時(shí)，還支持用戶可編程死區(qū)時(shí)間，方便工程師根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。

安全認(rèn)證

符合 AEC - Q100 汽車應(yīng)用要求，具備 5 kVRMS 隔離（1 分鐘，符合 UL1577 要求）、8000 VPK 加強(qiáng)隔離電壓（符合 VDE0884 - 11 要求）以及 CQC 認(rèn)證（GB4943.1 - 2011）和 SGS FIMO 認(rèn)證（IEC 62386 - 1），確保了產(chǎn)品的安全性和可靠性。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

NCV51563 適用于多種應(yīng)用場(chǎng)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。在這些應(yīng)用中，它能夠?yàn)楣β书_關(guān)提供高效、穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

電氣特性分析

電源部分

在輸入側(cè)，VDD 靜態(tài)電流在不同輸入條件下有所不同，典型值在幾百微安到幾毫安之間。輸出側(cè)，VCCA 和 VCCB 的靜態(tài)電流和工作電流也有相應(yīng)的規(guī)格，并且針對(duì)不同的 UVLO 版本，其閾值和遲滯特性也有所差異。

邏輯輸入部分

INA、INB 和 ANB 引腳的輸入信號(hào)電壓范圍為 - 0.3 V 到 20 V，ENA/DIS 引腳的輸入信號(hào)電壓范圍為 - 0.3 V 到 5.5 V。對(duì)于 ENABLE 版本和 DISABLE 版本，其邏輯高、低電壓閾值和遲滯特性也不同。

死區(qū)時(shí)間和重疊部分

最小死區(qū)時(shí)間在 DT 引腳開路時(shí)為 0 - 29 ns，死區(qū)時(shí)間可以通過外部電阻 RDT 進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算公式為 tDT（ns） = 10 × RDT（kΩ）。同時(shí)，還規(guī)定了 OUTA 和 OUTB 重疊時(shí)的 DT 閾值電壓。

柵極驅(qū)動(dòng)部分

OUTA 和 OUTB 的源極峰值電流典型值為 4.5 A，漏極峰值電流典型值為 9 A。輸出電阻在高電平和低電平狀態(tài)下也有相應(yīng)的規(guī)格。

動(dòng)態(tài)電氣特性

包括導(dǎo)通和關(guān)斷傳播延遲、傳播延遲失配、上升時(shí)間等參數(shù)，這些參數(shù)在不同的測(cè)試條件下有不同的典型值和最大值。

保護(hù)功能詳解

欠壓鎖定保護(hù)

NCV51563 為 VDD 和 VCCA、VCCB 提供欠壓鎖定保護(hù)功能。當(dāng)電源電壓低于設(shè)定的閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)關(guān)閉輸出，防止功率開關(guān)在低電壓下工作，保護(hù)設(shè)備安全。

交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)

在半橋類型的死區(qū)時(shí)間控制模式下，能夠防止高側(cè)和低側(cè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，避免短路故障。同時(shí)，當(dāng) DT 引腳連接到 VDD 時(shí)，允許高側(cè)和低側(cè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，提供了更大的拓?fù)潇`活性。

可編程死區(qū)時(shí)間控制

通過 DT 引腳可以實(shí)現(xiàn)可編程死區(qū)時(shí)間控制，有三種工作模式可供選擇：MODE - A 不允許兩個(gè)通道輸出交叉導(dǎo)通，即使死區(qū)時(shí)間小于最大 20 ns；MODE - B 通過外部電阻 RDT 調(diào)整死區(qū)時(shí)間；MODE - C 允許兩個(gè)通道輸出交叉導(dǎo)通。

應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)建議

電源供應(yīng)

在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸出到柵極的電流來自 VCCA 和 VCCB 電源引腳。因此，建議在這些引腳處使用至少為柵極電容十倍、不小于 100 nF 的電容進(jìn)行旁路，并盡可能靠近器件放置，以實(shí)現(xiàn)去耦。同時(shí)，建議使用兩個(gè)電容，一個(gè) 100 nF 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)

NCV51563 的輸入信號(hào)引腳基于 TTL 兼容輸入閾值邏輯，與 VDD 電源電壓無關(guān)。建議在輸入信號(hào)引腳添加 RC 濾波器，以減少系統(tǒng)噪聲和地彈的影響。在選擇 RC 濾波器的組件時(shí)，需要注意在良好的抗噪性和傳播延遲之間進(jìn)行權(quán)衡。

輸出級(jí)

輸出驅(qū)動(dòng)器級(jí)采用上拉和下拉結(jié)構(gòu)，上拉結(jié)構(gòu)由 PMOS 級(jí)組成，確保能夠拉到 VCC 軌；下拉結(jié)構(gòu)由 NMOS 器件組成。輸出阻抗應(yīng)能夠提供約 +4.5 A 和 - 9 A 的峰值電流，在 - 40°C 時(shí)，最小漏極和源極峰值電流分別為 - 7 A 和 +2.6 A。

驅(qū)動(dòng)電流能力考慮

峰值源電流和漏極電流能力應(yīng)大于平均電流?？梢愿鶕?jù)需要移動(dòng)的柵極電荷和開關(guān)時(shí)間來計(jì)算所需的驅(qū)動(dòng)電流額定值。

柵極電阻考慮

柵極電阻的大小應(yīng)能夠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?？梢酝ㄟ^相應(yīng)的公式計(jì)算由導(dǎo)通和關(guān)斷柵極電阻引起的有限電流能力值。

輸出級(jí)負(fù)偏置應(yīng)用

對(duì)于 SiC MOSFET，由于其獨(dú)特的工作特性，需要考慮提供 +20 V 和 - 2 V 到 - 5 V 的負(fù)偏置，以提高噪聲容限，抑制意外導(dǎo)通。可以通過使用兩個(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。

PCB 布局指南

組件放置

盡量縮短輸入/輸出走線長(zhǎng)度，減少寄生電感和電容的影響。將 VDD 和 VCCx 的電源旁路電容以及柵極電阻盡可能靠近柵極驅(qū)動(dòng)器放置，將柵極驅(qū)動(dòng)器靠近開關(guān)器件放置，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。

高電壓（VISO）考慮

為確保初級(jí)和次級(jí)側(cè)之間的隔離性能，避免在驅(qū)動(dòng)器器件下方放置任何 PCB 走線或銅箔。建議在 PCB 上進(jìn)行切口，以防止可能影響 NCV51563 隔離性能的污染。

總結(jié)

NCV51563 隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器以其卓越的性能、豐富的功能和靈活的設(shè)計(jì)，為電力電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的解決方案。無論是在汽車電子、工業(yè)控制還是其他領(lǐng)域，它都能夠滿足各種應(yīng)用的需求，幫助工程師們?cè)O(shè)計(jì)出更加高效、穩(wěn)定的系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇參數(shù)和布局，充分發(fā)揮 NCV51563 的優(yōu)勢(shì)。你在使用類似柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。