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      科普知識
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      FFC連接器

      門驅動的欠壓保護功能及其注意事項

      發布日期:2022-04-28 點擊率:66

      Other Parts Discussed in Post: UCC5320

      IGBT/MOSFET等全控型開關器件在現代電力電子系統中的應用日趨廣泛,相應的驅動芯片集成度也越來越高,其中欠壓保護功能由于可以防止開關管在門極電壓較低時飽和導通,被各大驅動芯片公司集成到了自家的驅動芯片上。本文以TI的UCC5320驅動芯片為例,介紹欠壓保護的作用。另外,在雙電源供電時欠壓保護功能可能會失效,而UCC5320E在雙電源供電時依然可以實現欠壓保護。

      一、欠壓保護的重要性

              圖1顯示了在一個固定Vds下,門極電壓Vgs會如何影響MOSFET。虛線的右邊是飽和區,在這個區域里漏極電流不受漏源電壓Vds的影響,只取決于門極電壓Vgs。MOSFET工作在飽和區域時功耗較大,因為此時它同時流過大電流承受大電壓。虛線的左邊是線性區,此時MOSFET相當于一個小電阻,可以流過大電流而不在漏源兩端產生大的電壓差。對于大電流的應用場合,讓MOSFET工作在飽和區是非常危險的,因為此時其功耗會非常大。帶欠壓保護UVLO功能的驅動芯片可以防止MOSFET/IGBT飽和導通,保證其工作在安全區域。

      圖1. MOSFET的IV曲線

      圖2是由BJT三極管構成的MOSFET的驅動電路,這個電路沒有欠壓保護功能,由于供電只有3.3V,當上部的三極管導通時,MOSFET的門極只有3.3V電壓,其很容易進入飽和區,MOSFET發熱嚴重。

      圖2. BJT驅動電路

      UCC5320是TI推出的單通道隔離驅動,有兩個版本UCC5320SC和UCC5320EC,見圖3。他們都有欠壓保護功能,當VCC2電壓低于12V時,其內部邏輯電路會使得輸出OUT始終為低,避免MOSFET/IGBT進入飽和導通區域。

      圖3. UCC5320框圖

       

      圖4是在3.3V供電情況下(原副邊都是3.3V),用UCC5320和BJT驅動電路驅動MOSFET的發熱情況。由于UCC5320在VCC2電壓低于12V時輸出始終為低,避免了MOSFET出現過熱(圖4左邊),右邊是BJT驅動電路驅動MOSFET,因為沒有欠壓保護,MOSFET發熱非常嚴重。

      圖4. UCC5320驅動MOSFET(左)和BJT驅動MOSFET(右)溫度圖

       

      二、雙電源供電時欠壓保護電路的注意事項

      UCC5320可以通過給VCC2供正電壓,VEE2供負電壓來實現雙電源供電,這個正負電壓是相對于被驅動IGBT的射極/MOSFET的源極而言的,當關斷MOSFET時,Vgs為負值,這樣可以避免MOSFET在米勒效應下誤導通。IGBT常見的雙電源供電為+15V和-8V,SiCFET常見的雙電源供電為20V和-5V.

      對于UCC5320S而言,其內部UVLO電路的判斷標準是VCC2對VEE2的電壓,若其高于12V則不會觸發UVLO。當VEE2為-8V時,只要VCC2高于4V則不會觸發UVLO,此時MOSFET的驅動電壓Vgs只有4V,很容易進入飽和導通從而導致損耗嚴重。也就是說雙電源供電時UCC5320S的欠壓保護功能(UVLO)是失效的。

      圖5. UCC5320S內部電路示意圖

      UCC5320E的內部電路示意圖如下,其內部UVLO電路的判斷標準是VCC2對GND2的電壓,一般會把GND2和被驅動的MOSFET的源極連到一起,這樣就可以保證只有在VCC2>12V即Vgs>12V時驅動MOSFET,避免了MOSFET飽和導通。

      圖6. UCC5320E內部電路示意圖


      三、結論

      1. 欠壓保護功能可以避免MOSFET/IGBT進入飽和導通區域,避免了大的損耗和發熱。

      2. 在雙電源供電的情況下,很多類似于UCC5320S的驅動芯片的欠壓保護功能會失效,而TI的UCC5320E由于有專門的GND2可以直接連到MOSFET的源極,其欠壓保護功能依然能正常工作。

      References

      [1]. UCC5320 DATASHEET (SLLSER8E)

       

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