UCC27321高速MOSFET驱动芯片的工作原理.docVIP

UCC27321高速MOSFET驱动芯片的工作原理 TI公司推出的新的MOSFET驱动芯片能输出9A的峰值电流，能够快速地驱动MOSFET开关管，在10nF的负载下，其上升时间和下降时间的典型值仅为20ns。工作电源为4—15V。工作温度范围为-40—105℃。图1给出了芯片的内部原理图，表1为输入、输出逻辑表。表2为各个引脚的功能介绍。UCC27321的ENBL是给设计者预留的引脚端，为高电平有效（见表1）。在标准工业应用中，ENBL端经100K的上拉电阻接至高电平。一般正常工作时可以悬空。为求可靠，也可将其接至输入电源高电平，低电平时芯片不工作。通过对ENBL的精心设置可以设计出可靠的保护电路。 UCC27321的输出端采用了独特的双极性晶体管图腾柱和双MOSFET图腾柱的并联结构，能在几百纳秒的时间内提供高达9A的峰值电流并使得有效电流源能在低电压下正常工作。 当输出电压小于双极性晶体管的饱和压降时，其输出阻抗为MOSFET的Ron。当驱动电压过低或过冲时，输出级MOSFET的体二极管提供了一个小的阻抗。这就使得在绝大多数情况下，无须在输出脚6、7与地之间额外地增加一个肖特基二极管。 UCC27321在MOSFET的弥勒高原效应转换期间能获得9A的峰值电流。UCC27321内部独特的输出结构使得放电能力比充电能力要强的多。充电时电流流经P沟道MOS，放电时电流流经N沟道MOS，这就使得这种芯片的驱动关断能力要比其导通能力强，对防止MOSFET的误导通是很有利的。 UCC27321使用注意事项 电路布局上的考虑 UCC27321的最大输入电流为500mA，输入信号可以由PWM控制芯片或逻辑门产生。我们不需要对输入信号进行整形而刻意减小驱动速度。若想限制其驱动速度，可在其输出端与负载间串一个电阻，有助于吸收驱动芯片的损耗。 驱动芯品的低阻抗和高di/dt,都会带来寄生电感和寄生电容产生的振铃。为尽可能消除这些不良影响，我们在电路布局上应加以注意总的来说，驱动电路应尽可能的靠近负载。在UCC27321的输出侧VDD和地之间跨接一个1uF的低ESR电容以滤除电源高频分量。将PIN1和PIN8、PIN4和PIN5相连；输出端PIN6和PIN7相连后接至负载。 PGND、AGND之间，两个VDD引脚之间都存在一个较小的阻抗。为了使输入、输出电源和地之间进行解耦，同时利用上述特征，可在5脚和8脚之间跨接一个1uF的低ESR电容（有助于获得大的驱动电流），在1脚和4脚之间跨接一个0.1uF的陶瓷电容以降低输出阻抗。若想获得进一步的解耦，可在PIN1和PIN8之间串一小磁环以消除电流振荡；在PIN4和PIN5之间加一对反并联二极管，实现PGND和AGND之间的解耦。 由于在MOSFET开通时UCC27321能提供很大的充电电流，根据公式,可知驱动电压在开通时有很高的电压尖峰。为防止栅源电压过高，MOSFET被击穿，可在输出端与地之间并一个18V的稳压管。 驱动电流和功率要求 在MOSFET开通时UCC27321能提供几百纳秒的9A峰值电流，使其迅速开通；为求迅速关断，驱动芯片应能对地提供同样高的放电电流。由于功率MOSFET为容性负载，开通时MOSFET栅极电压偏置为Vg，则给电容的充电能量可简单地看作为：Ciss为MOSFET输入电容，Vg为栅极偏置电压。当电容放电时，对地传输的能量也为E。这样芯片提供的功率损耗为：其中： 为开关管的工作频率 如果驱动芯片与栅极之间没有串接额外的电阻，则电路回路的阻抗会消耗这一部分能量即所有的能量会损耗在驱动芯片内部：电容充电和放电时各消耗一半能量。 UCC27321驱动芯片具有良好的驱动特性，能快速驱动MOSFET，从而减小了开通和关断损耗。同时，通过设置使能端能设计出性能优异的保护电路，具有外围电路简洁，实现电源，输入、输出地之间的解耦，可靠性高等优点。能很好地应用于高速MOSFET的驱动电路设计。