深入解析 onsemi NCV51752 隔離單通道柵極驅(qū)動(dòng)器

在電力電子設(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(kāi)關(guān)的關(guān)鍵組件。onsemi 的 NCV51752 隔離單通道柵極驅(qū)動(dòng)器以其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多工程師的首選。本文將深入剖析 NCV51752 的特性、參數(shù)及應(yīng)用，為電子工程師在設(shè)計(jì)中提供全面的參考。

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產(chǎn)品概述

NCV51752 是一款隔離單通道柵極驅(qū)動(dòng)器，具備 4.5 - A/9 - A 的源極和漏極峰值電流，專(zhuān)為快速開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 功率開(kāi)關(guān)而設(shè)計(jì)。它擁有短且匹配的傳播延遲，為了提高可靠性、dV/dt 抗擾性以及更快的關(guān)斷速度，還可利用其產(chǎn)生負(fù)偏置軌。該驅(qū)動(dòng)器采用 4 mm SOIC - 8 封裝，支持高達(dá) (3.75 kV_{RMS}) 的隔離電壓，同時(shí)提供獨(dú)立的雙側(cè)驅(qū)動(dòng)器欠壓鎖定等重要保護(hù)功能。

產(chǎn)品特性

特性選項(xiàng)

• (v_{CC}) UVLO 參考 GND2：內(nèi)置 GND2 和 VEE 引腳之間的負(fù)偏置，可通過(guò)微調(diào)選擇負(fù)偏置電平。
• 寬輸入輸出電壓范圍：輸入電源電壓范圍為 3 - V 至 20 - V，輸出電源電壓范圍為 6.5 - V 至 30 - V，針對(duì) MOSFET 有 6 - V 和 8 - V 閾值，針對(duì) SiC 有 12 - V 和 17 - V 閾值。
• 高電流輸出能力：具備 4.5 - A 峰值源電流和 9 - A 峰值漏電流輸出能力。
• 高 CMTI 性能：最小共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）為 200 V/ns dV/dt。
• 輸入引腳負(fù) 5 - V 處理能力：能有效應(yīng)對(duì)輸入引腳的負(fù)電壓情況。
• 低傳播延遲：典型傳播延遲為 36 ns，最大延遲匹配為 5 ns。
• 汽車(chē)應(yīng)用認(rèn)證：通過(guò) AEC - Q100 認(rèn)證，滿足汽車(chē)應(yīng)用要求。
• 隔離與安全認(rèn)證：計(jì)劃獲得 3.75 kVRMS 1 分鐘隔離（符合 UL1577 要求）、CQC 認(rèn)證（符合 GB4943.1 - 2011）和 SGS FIMO 認(rèn)證（符合 IEC 62386 - 1）。

引腳說(shuō)明

電氣特性

電源部分

• 初級(jí)電源（VDD）：靜態(tài)電流在不同輸入電壓和邏輯狀態(tài)下有所不同，工作電流受輸入信號(hào)頻率和負(fù)載電容影響。例如，在 (V{IN+} = V{IN - } = 0 V)，(V{DD} = 5 V) 時(shí)，靜態(tài)電流典型值為 715 μA；在 (V{IN+} = V{DD})，(V{IN - } = 0 V)，(V{DD} = 5 V) 且 (f{IN+} = 500 kHz)，(C_{OUT} = 200 pF) 時(shí)，工作電流典型值為 3.9 mA。
• 次級(jí)電源（VCC）：靜態(tài)電流和工作電流同樣受輸入信號(hào)和負(fù)載影響。如在 (V{IN+} = V{IN - } = 0 V) 或 (5 V) 且無(wú)負(fù)載時(shí)，靜態(tài)電流典型值為 556 μA；在 (f{IN+} = 500 kHz)，(C{OUT} = 200 pF)，(V_{CC} = 15 V) 時(shí)，工作電流典型值為 4.2 mA。
• UVLO 閾值：不同版本的 (V_{CC}) UVLO 閾值不同，如 6 - V UVLO 版本的正閾值典型值為 6.0 V，負(fù)閾值典型值為 5.7 V，滯回電壓典型值為 0.3 V。

邏輯輸入部分

• 輸入電壓閾值：高電平輸入電壓典型值為 1.63 V，低電平輸入電壓典型值為 1.08 V，輸入邏輯滯回典型值為 0.55 V。
• 輸入偏置電流：高電平邏輯輸入偏置電流在不同引腳和輸入電壓下有所不同，邏輯輸入上拉/下拉電阻典型值為 125 kΩ。

負(fù)偏置部分

• 偏置閾值：VEE 偏置欠壓閾值、過(guò)壓閾值與調(diào)節(jié)參考電壓相關(guān)，如 VEE 偏置欠壓閾值典型值為 0.8 x (V{REGREF})，過(guò)壓閾值典型值為 1.2 x (V{REGREF})。
• 調(diào)節(jié)參數(shù)：調(diào)節(jié) OTA 增益典型值為 20 mmho，充電電流和放電電流典型值為 100 mA。

短路部分

• 鉗位電壓：源極鉗位電壓（(V{out} - V{cc})）典型值為 1.75 V，漏極鉗位電壓（(V{EE} - V{OUT})）典型值為 0.5 V。

柵極驅(qū)動(dòng)部分

• 峰值電流：源極峰值電流典型值為 4.5 A，漏極峰值電流典型值為 9.0 A。
• 輸出電阻：高態(tài)輸出電阻典型值為 1.4 Ω，低態(tài)輸出電阻典型值為 0.5 Ω。
• 輸出電壓：高電平輸出電壓（(V{CC} - V{OUT})）典型值為 140 mV，低電平輸出電壓（(V{OUT} - V{EE})）典型值為 50 mV。

動(dòng)態(tài)電氣特性

• 傳播延遲：導(dǎo)通傳播延遲（(t{PDON})）和關(guān)斷傳播延遲（(t{PDOFF})）典型值均為 36 ns，脈沖寬度失真（(t_{PWD})）典型值為 0 ns。
• 上升/下降時(shí)間：上升時(shí)間（(t{R})）典型值為 12 ns，下降時(shí)間（(t{F})）典型值為 8.3 ns。
• 最小輸入脈沖寬度：改變輸出狀態(tài)的最小輸入脈沖寬度典型值為 15 ns。

保護(hù)功能

欠壓鎖定保護(hù)（UVLO）

NCV51752 提供初級(jí)側(cè)（(V{DD})）和次級(jí)側(cè)（(V{CC}) 和 (V{EE})）電源的欠壓鎖定保護(hù)。當(dāng) (V{DD}) 電源電壓大于指定的欠壓鎖定閾值電壓（如典型值 2.8 V）時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器正常運(yùn)行。不同版本的 (V{CC}) UVLO 閾值不同，且具有滯回特性，可提供對(duì)短 (V{CC}) 下降的抗擾能力。此外，(V{EE}) 電壓軌包含內(nèi)部固定的欠壓鎖定，設(shè)定為目標(biāo) (V{EE}) 值的 80%。

上電延遲

在初始 (V{CC}) 啟動(dòng)或 POR 事件后，存在從 (V{CC}) 上電復(fù)位（POR）閾值到輸出的上電延遲時(shí)間（(t_{VPOR to OUT})），典型值為 18 μs。

負(fù)偏置控制功能

NCV51752 提供了一種在柵極驅(qū)動(dòng)回路中生成負(fù)偏置的簡(jiǎn)單方法。負(fù)偏置在 PCB 布局和/或封裝引腳在功率晶體管 (V{gs}) 中產(chǎn)生高振鈴的情況下非常有用，可防止柵極電壓振鈴導(dǎo)致的誤開(kāi)啟。該驅(qū)動(dòng)器提供 - 2 V、 - 3 V、 - 4 V 和 - 5 V 等不同負(fù)偏置選項(xiàng)，以適應(yīng)各種功率晶體管配置。同時(shí)，負(fù)偏置電壓軌包含內(nèi)部固定的欠壓鎖定，GND2 和 (V{EE}) 引腳之間的電容電壓由充電和放電電流源控制，可精確控制負(fù)偏置電壓，不受開(kāi)關(guān)頻率和占空比的影響。

應(yīng)用信息

電源推薦

• 輸入電源：(V{DD}) 輸入電源支持 3 - V 至 20 - V 的寬電壓范圍，建議在 (V{DD}) 和 GND1 之間放置旁路電容，可使用至少 100 nF 陶瓷表面貼裝電容和幾微法電容并聯(lián)，并盡量靠近引腳。
• 輸出電源：(V{CC}) 輸出電源支持 6.5 - V 至 30 - V 的電壓范圍，在 (V{CC}) 和 (V{EE}) 引腳之間應(yīng)放置至少為柵極電容十倍的局部旁路電容，并并聯(lián)一個(gè) 100 - nF 電容，且盡量靠近器件。負(fù)偏置電源電容 (C{GND2}) 應(yīng)放置在 GND2 和 (V_{EE}) 引腳之間，值至少為幾百納法。

輸入級(jí)

輸入信號(hào)引腳（IN+ 和 IN - ）基于 TTL 兼容輸入閾值邏輯，與 (V{DD}) 電源電壓無(wú)關(guān)。非反相輸入 IN+ 控制驅(qū)動(dòng)器輸出，反相輸入 IN - 可作為使能功能。建議在輸入信號(hào)引腳添加 RC 濾波器，以減少系統(tǒng)噪聲和接地反彈的影響，(R{IN}) 范圍為 0 至 100 Ω，(C_{IN}) 為 10 pF 至 100 pF。

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，下拉結(jié)構(gòu)由 NMOS 器件組成。輸出電壓在 (V{CC}) 和 (V{EE}) 之間擺動(dòng)，提供相對(duì)于 GND2 引腳的軌到軌操作。輸出阻抗能夠在 25°C 時(shí)提供約 + 4.5 A 和 - 9 A 的峰值電流，在 125°C 時(shí)最小漏極和源極峰值電流分別為 - 7 A 和 + 2.6 A。

PCB 布局指南

• 組件放置：保持輸入/輸出走線盡可能短，最小化布局中的寄生電感和電容影響，避免使用過(guò)孔。VDD、(V{CC}) 和 (V{EE}) 的電源旁路電容以及柵極電阻應(yīng)盡量靠近柵極驅(qū)動(dòng)器放置，柵極驅(qū)動(dòng)器應(yīng)靠近開(kāi)關(guān)器件，以減少走線電感并避免輸出振鈴。
• 接地考慮：在高速信號(hào)層下方設(shè)置實(shí)心接地平面。
• 高壓隔離考慮：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，建議進(jìn)行 PCB 切口以避免可能影響隔離性能的污染。

訂購(gòu)信息

NCV51752 提供多種型號(hào)選擇，不同型號(hào)在 (V{CC}) UVLO 閾值和 GND2 - (V{EE}) 負(fù)偏置方面有所不同，封裝均為 SOIC - 8 NB（無(wú)鉛），每卷 2500 個(gè)。

總結(jié)

onsemi 的 NCV51752 隔離單通道柵極驅(qū)動(dòng)器以其高性能、豐富的保護(hù)功能和靈活的負(fù)偏置控制，為功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 驅(qū)動(dòng)提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇型號(hào)，并遵循電源推薦和 PCB 布局指南，以充分發(fā)揮該驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)。你在使用類(lèi)似柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。