5 隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器

TI 柵極驅(qū)動(dòng)器隔離 高達(dá) 5.7kV_RMS，有助于防止電擊，同時(shí)提供更高的工作電壓以及更寬的爬電距離和間隙，從而提高系統(tǒng)可靠性。主要有兩種隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器系列：智能驅(qū)動(dòng)器 UCC21750-Q1 系列和安全驅(qū)動(dòng)器 UCC5870-Q1 系列。UCC21750-Q1 系列包括牽引逆變器中電源模塊的保護(hù)特性，例如快速過流和短路檢測(cè)、分流電流檢測(cè)支持、故障報(bào)告、有源米勒鉗位、輸入和輸出側(cè)電源欠壓鎖定檢測(cè)。隔離式模擬至 PWM 傳感器有助于更輕松地進(jìn)行溫度或電壓檢測(cè)。

UCC5870-Q1 驅(qū)動(dòng)器系列包括以下功能：

• 功能安全合規(guī)型 隔離式單通道柵極驅(qū)動(dòng)器，支持高達(dá) 1kV_RMS 的工作電壓和超過 40 年的隔離柵壽命，并提供低器件間偏移和 >100V/ns 的共模噪聲抗擾度 (CMTI)
• 30A 的高峰值驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，可更大限度地降低電源開關(guān)損耗并移除驅(qū)動(dòng)電路上的緩沖器電路，從而降低成本。
• 溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)電源模塊的溫度并允許在高達(dá)特定溫度限制的條件下運(yùn)行，從而幫助支持寬工作范圍
• 具有米勒鉗位，可防止誤導(dǎo)通并使開關(guān)能夠根據(jù)需要快速切換以實(shí)現(xiàn)效率目標(biāo)

圖 5-1 和圖 5-2 顯示了 UCC5870-Q1 和競(jìng)爭(zhēng)器件在以下測(cè)試條件下的 30A 驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度：

• Vcc2 – Vee2 = 23V
• R_gon = R_goff = 0Ω
• 負(fù)載電容 = 1μF

提高牽引逆變器效率和降低 EMI 的一種方法是調(diào)整柵極驅(qū)動(dòng)輸出以控制壓擺率，從而在溫度、負(fù)載和電壓等不同條件下改變開關(guān)速度。例如，當(dāng)消耗電池電壓時(shí)，瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 會(huì)自然變小，并且可以調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動(dòng)輸出以使開關(guān)更快地轉(zhuǎn)換。

圖 5-3 和圖 5-4 展示了基于 UCC5870-Q1 的可調(diào)柵極驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案。圖 5-3 展示了設(shè)計(jì)圖，而圖 5-4 展示了設(shè)計(jì)板，該設(shè)計(jì)板連接到 WolfSpeed 公司的 XM3 半橋電源模塊系列。

圖 5-5 和圖 5-6 展示了雙脈沖測(cè)試波形。上升沿的平均開關(guān) dv/dt 速度從 4.6kV/μs 增加到 21kV/μs。下降沿的平均開關(guān) dv/dt 速度從 3.8kV/μs 增加到 13.5kV/μs。

以下兩個(gè)圖像均通過 800V 總線下的雙脈沖測(cè)試波形收集。

表 5-1 比較了在 400V 總線電壓下弱驅(qū)動(dòng)（5.5Ω 柵極電阻）和強(qiáng)驅(qū)動(dòng)（0.5Ω 柵極電阻）之間的開關(guān)能量。

表 5-2 比較了在 800V 總線電壓下弱驅(qū)動(dòng)和強(qiáng)驅(qū)動(dòng)之間的開關(guān)能量。