Texas Instruments UCC5871-Q1 IGBT/SiC MOSFET 柵極驅(qū)動器是一款隔離式、高度可配置的單通道柵極驅(qū)動器，設(shè)計用于驅(qū)動EV/HEV應用中的大功率SiC MOSFET和IGBT。功率晶體管保護，如基于分流電阻器的過流、基于NTC的過熱和DESAT檢測，包括在這些故障期間可選擇的軟關(guān)斷或兩級關(guān)斷。–為了進一步減小應用尺寸，Texas Instruments UCC5871-Q1在開關(guān)期間集成了4A有源米勒鉗位，在驅(qū)動器斷電時集成了有源柵極下拉。集成的10位ADC支持監(jiān)控多達六個模擬輸入和柵極驅(qū)動器溫度，從而增強系統(tǒng)管理。集成診斷和檢測功能，簡化系統(tǒng)設(shè)計。這些特性的參數(shù)和閾值可通過SPI接口進行配置，因此該器件幾乎可以與任何SiC MOSFET或IGBT搭配使用。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments UCC5871-Q1 IGBT，SiC MOSFET柵極驅(qū)動器數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

分離輸出驅(qū)動器提供30A峰值拉電流和30A峰值灌電流。
互鎖和擊穿保護，具有150ns（最大值）傳播延遲和可編程最小脈沖抑制
一次側(cè)和二次側(cè)有源短路 (ASC) 支持
可配置功率晶體管保護
- 基于DESAT的短路保護
- 基于分流電阻的過流和短路保護
- 基于NTC的過熱保護
- 功率晶體管故障時可編程軟關(guān)斷 (STO) 和兩級關(guān)斷 (2LTOFF)
集成的診斷
- 內(nèi)置自檢 (BIST)，用于保護比較器
- IN+至晶體管柵極路徑完整性
- 功率晶體管閾值監(jiān)控
- 內(nèi)部時鐘監(jiān)控
- 故障報警 (nFLT1) 和警告 (nFLT2) 輸出
符合功能安全標準
- 開發(fā)用于功能安全應用
- 可提供文檔，協(xié)助ISO 26262系統(tǒng)設(shè)計（高達ASIL D）
集成4A有源米勒鉗位或可選外部驅(qū)動，用于米勒鉗位晶體管
先進的高壓鉗位控制
內(nèi)部和外部電源欠壓和過壓保護
有源輸出下拉和默認低輸出，電源或浮動輸入低
驅(qū)動器裸片溫度檢測和過熱保護
共模瞬態(tài)抑制 (CMTI)：100kV/μs（最小值，VCM=1000V時）
基于SPI的設(shè)備重新配置、驗證、監(jiān)控和診斷
集成10位ADC，用于功率晶體管溫度、電壓和電流監(jiān)控

簡化示意圖

德州儀器UCC5871-Q1汽車級IGBT/SiC MOSFET柵極驅(qū)動器技術(shù)解析

一、產(chǎn)品概述與核心特性

UCC5871-Q1是德州儀器(TI)推出的汽車級單通道隔離柵極驅(qū)動器，專為驅(qū)動電動汽車/混合動力汽車(EV/HEV)應用中的高功率SiC MOSFET和IGBT設(shè)計。該器件采用TI專有的SiO?隔離技術(shù)，具有以下顯著特性：

?超高驅(qū)動能力?：提供30A峰值灌電流和30A峰值拉電流，采用分體式輸出設(shè)計優(yōu)化開關(guān)性能
?先進保護機制?：集成DESAT去飽和保護、基于分流電阻的過流保護、NTC溫度保護及可編程軟關(guān)斷(STO)和兩級關(guān)斷(2LTOFF)功能
?功能安全合規(guī)?：支持ISO 26262系統(tǒng)設(shè)計至ASIL D等級，提供完整的文檔支持
?集成診斷功能?：包含保護比較器自檢(BIST)、柵極路徑完整性檢測、功率管閾值監(jiān)控和內(nèi)部時鐘監(jiān)測
?靈活配置接口?：通過SPI接口實現(xiàn)器件重配置、驗證和診斷，支持100kHz至4MHz時鐘速率

二、關(guān)鍵電氣參數(shù)與性能

2.1 電源規(guī)格

?輸入側(cè)供電?：VCC1范圍3V至5.5V，典型靜態(tài)電流7.7mA
?輸出側(cè)供電?：VCC2范圍15V至30V，VEE2范圍-12V至0V，總供電電壓(VCC2-VEE2)不超過30V
?保護閾值?：
- VCC2欠壓鎖定(UVLO)四檔可調(diào)(10V/12V/14V/16V)
- VCC2過壓鎖定(OVLO)四檔可調(diào)(18V/20V/22V/24V)
- VEE2欠壓鎖定三檔可調(diào)(-3V/-5V/-8V)

2.2 驅(qū)動性能

?輸出特性?：
- 高邊輸出電壓(VOUTH)：VCC2-33mV(典型值@100mA)
- 低邊輸出電壓(VOUTL)：33mV(典型值@100mA)
- 峰值驅(qū)動電流：15A(源出)/15A(灌入)
?開關(guān)參數(shù)?：
- 傳播延遲：150ns(典型值@0.1nF負載)
- 上升/下降時間：150ns(10nF負載)
- 最大開關(guān)頻率：50kHz(ADC禁用時)

2.3 保護功能參數(shù)

?DESAT保護?：
- 16級閾值可調(diào)(2.5V-11V)
- 反應時間160ns+濾波時間(最快316ns)
?過流保護?：
- 16級閾值可調(diào)(170mV-998mV)
- 響應時間175ns+濾波時間
?溫度保護?：
- 驅(qū)動器結(jié)溫警告/關(guān)斷閾值可調(diào)
- 功率管溫度保護8級閾值(0.95V-2.8875V)

三、系統(tǒng)級設(shè)計要點

3.1 典型應用電路

器件支持多種拓撲配置，典型應用包括：

?牽引逆變器驅(qū)動?：通過DESAT檢測和主動短路(ASC)功能實現(xiàn)故障快速響應
?功率模塊驅(qū)動?：利用集成ADC實時監(jiān)測功率管溫度/電壓/電流
?高邊/低側(cè)配置?：通過VBST引腳實現(xiàn)自舉供電，支持1000V DC鏈路電壓

3.2 保護功能實現(xiàn)

?DESAT電路設(shè)計?：
- 在DESAT引腳與功率管集電極間串聯(lián)二極管和電阻
- 并聯(lián)100pF-1nF電容設(shè)置消隱時間
?有源米勒鉗位?：
- 內(nèi)部集成4A鉗位電流
- 支持外部MOSFET驅(qū)動模式(CLAMP引腳)
?兩級關(guān)斷?：
- 可編程平臺電壓(5V-14V)
- 保持時間150ns-2.5μs可調(diào)

3.3 PCB布局建議

?電源去耦?：VCC2/VEE2旁路電容應盡量靠近器件(推薦1μF陶瓷電容+bulk電容)
?熱管理?：

優(yōu)先擴大VEE2銅箔面積
多層板建議通過過孔連接內(nèi)部平面

?高壓隔離?：

器件下方建議做PCB開槽
高低壓走線間距至少8mm(滿足8mm爬電距離)

?柵極回路?：

限制功率管柵極驅(qū)動環(huán)路面積
自舉二極管應貼近驅(qū)動器和功率管

四、功能安全與診斷

4.1 安全特性

?故障指示?：雙路故障輸出(nFLT1/nFLT2)支持可屏蔽中斷
?內(nèi)置自檢?：
- 保護比較器周期性自檢
- 柵極路徑完整性驗證
?時鐘監(jiān)控?：檢測SPI時鐘異常

4.2 ADC監(jiān)測系統(tǒng)

?10位分辨率?：監(jiān)測6路模擬輸入(AI1-AI6)
?多路復用功能?：
- 功率管溫度(NTC)
- 集電極電壓(通過電阻分壓)
- 電流檢測(分流電阻)
?工作模式?：
- 邊緣觸發(fā)模式(5.1μs轉(zhuǎn)換時間)
- 混合模式(0.4ms保持時間)

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