摘要
通訊應(yīng)用使用基于半橋,、全橋或同步降壓功率拓?fù)涞碾娫茨K,。這些拓?fù)涫褂酶咝阅?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/半橋驅(qū)動器" target="_blank">半橋驅(qū)動器實現(xiàn)高頻操作和高效率。半橋柵極驅(qū)動器采用的技術(shù)已在業(yè)界成功應(yīng)用了數(shù)十年,，UCC27282 120-V 2.5A/3.5A半橋驅(qū)動器是最新發(fā)展成果,。
結(jié)合新功能與改進的工作范圍,，UCC27282具有全新水平的性能表現(xiàn)，以提高電源模塊的穩(wěn)健性,，并在優(yōu)化功率級設(shè)計方面提供更大的靈活性,。
本應(yīng)用指南將概述UCC27282相對于上一代驅(qū)動器的優(yōu)勢，優(yōu)化設(shè)計并增強穩(wěn)健性,。
1 前言
隨著對給定尺寸,，甚至縮小尺寸內(nèi)更高處理能力的需求，電信和數(shù)據(jù)通信設(shè)備性能也在不斷增加,。增加的設(shè)備性能導(dǎo)致電源需求增加,。必須從空間利用率和效率角度優(yōu)化這些系統(tǒng)中的電源。電信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的復(fù)雜性也在增加,，這使得它們更容易受到噪聲和瞬態(tài)的影響,。數(shù)據(jù)中心的功耗越來越受到關(guān)注。出于這個原因,，重點在于提高效率,，同時降低未被主動使用的設(shè)備的待機或空閑功耗。大多數(shù)數(shù)據(jù)通信和電信電源模塊都具有使能功能,，可降低輸入待機功耗,。
2 UCC27282 120V半橋驅(qū)動器的新特性
UCC27282 120V半橋驅(qū)動器具有多項新特性和參數(shù)改進，有助于實現(xiàn)更高水平的電源模塊性能和穩(wěn)健性,。EN引腳上的低電平信號可禁用驅(qū)動器,，將UCC27282設(shè)置為非常低的IDD電流狀態(tài)。當(dāng)禁用電源模塊時,，這種非常低的電流將有助于實現(xiàn)非常低的輸入待機功耗,。UCC27282 VDD工作范圍已擴展至5.5V至16V。這可以使設(shè)計人員優(yōu)化VDD工作電壓,，以實現(xiàn)更低的柵極驅(qū)動損耗,。UCC27282包括輸入互鎖功能，防止在LI和HI輸入同時為高電平時,，兩個柵極驅(qū)動器輸出也同時處于高電平狀態(tài),。
3 UCC27282擴展的VDD工作范圍
3.1 柵極驅(qū)動損耗和傳導(dǎo)損耗
大多數(shù)48V VIN電信和數(shù)據(jù)通信電源模塊設(shè)計的柵極驅(qū)動器VDD電壓在9V至10V范圍內(nèi)，使用100V半橋驅(qū)動器驅(qū)動100V VDS額定功率MOSFET,。隨著VGS驅(qū)動電壓的降低,，柵極驅(qū)動損耗降低，許多MOSFET器件的RDS（on）與VGS曲線顯示出8V至10V VGS以上的RDS（on）幾乎沒有降低,。選擇驅(qū)動器VDD的一項考慮因素是開啟UVLO閾值,，以及包括偏置電壓上的負(fù)電壓瞬變的一些裕度。對于上一代驅(qū)動器,，這可能導(dǎo)致選擇驅(qū)動器VDD高于最佳柵極驅(qū)動和傳導(dǎo)損耗工作點,。
CSD19531 100V 5.3mΩ MOSFET Qg 與VGS曲線如圖1所示，RDS（on）與VGS曲線如圖2所示,。雖然該MOSFET的RDS（on）規(guī)格為VDS = 6V,，但可以看到RDS（on）曲線在6V時仍然具有明顯的下降,。在VGS = 8V時，曲線變得更平坦,。圖1顯示了隨VGS增加的柵極電荷,，正如預(yù)期，其斜率變化接近閾值電壓,。
柵極驅(qū)動損耗取決于VDD,、開關(guān)頻率（FSW）和MOSFET Qg，如下面的等式1所示,。
具體的最佳柵極驅(qū)動幅度取決于電源傳動系統(tǒng)的工作條件,，包括開關(guān)頻率和MOSFET RMS電流。此外,，關(guān)于Qg與VGS曲線以及RDS（on）與VGS曲線的功率MOSFET的特性非常重要,。有關(guān)優(yōu)化損耗的指導(dǎo)，請參考TI應(yīng)用指南“通過調(diào)整柵極驅(qū)動幅度優(yōu)化MOSFET特性”,。
為了說明總功率系,、柵極驅(qū)動損耗和組合損耗，圖3中所示的同步降壓轉(zhuǎn)換器在以下條件下進行了測試：VIN=48V,，F(xiàn)sw=200kHz, I
輸出功率為96W的同步降壓測試電路數(shù)據(jù)如下圖4所示,。可以看到柵極驅(qū)動器功耗隨著VDD的增加而增加,。功率轉(zhuǎn)換器損耗在6V和7V VDD時更高,，并且在8V VDD和更高電壓下相對穩(wěn)定。結(jié)合的柵極驅(qū)動和功率轉(zhuǎn)換器損耗在8V VDD時最小,。該MOSFET不是邏輯電平FET,，邏輯電平MOSFET的最佳柵極驅(qū)動電壓可能會更低。
3.2 VDD范圍內(nèi)的柵極驅(qū)動強度
之前的測試數(shù)據(jù)討論涵蓋了柵極驅(qū)動損耗和導(dǎo)通損耗與驅(qū)動器VDD工作點之間的權(quán)衡,。柵極驅(qū)動器在VDD工作范圍內(nèi)的另一個重要方面是保持足夠的驅(qū)動強度,，尤其是在較低的VDD時。在12V VDD,，UCC27282柵極驅(qū)動器具有2.5A拉電流和3.5A灌電流的足夠驅(qū)動強度,，這是大多數(shù)100V半橋柵極驅(qū)動器規(guī)定的工作電壓。雖然柵極驅(qū)動強度受UCC27282上VDD電壓水平的影響,，但類似的競爭產(chǎn)品的柵極驅(qū)動強度在較低的VDD水平時明顯更低,，如圖5和圖6所示。
在較低VDD下降低的驅(qū)動強度導(dǎo)致VGS上升和下降時間增加,，這將增加開關(guān)損耗,。使用與圖3所示相同的測試電路和相同的工作條件，將競爭產(chǎn)品的柵極驅(qū)動器測試數(shù)據(jù)與在相同條件下工作的UCC27282進行比較,。圖7比較了UCC27282和競爭產(chǎn)品器件之間包括柵極驅(qū)動器和功率轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的所有損耗的效率,。與競爭產(chǎn)品器件相比,，可以看到在6V至10V的VDD范圍內(nèi)，UCC27282柵極驅(qū)動器轉(zhuǎn)換器效率明顯改善,。
4 UCC27282使能功能
當(dāng)EN引腳低于1.21V的典型下降閾值時,，UCC27282的使能功能將IC設(shè)置為非常低的IDD電流狀態(tài)并禁用驅(qū)動器的LO和HO輸出。當(dāng)處于禁用狀態(tài)時,，UCC27282的ISD在VDD = 12V時典型值為7uA。當(dāng)處于非開關(guān)狀態(tài)時,，這比典型的上一代驅(qū)動器低得多,，如下面的圖8所示。圖8比較了處于使能狀態(tài)非開關(guān)條件和禁用條件的UCC27282 IDD與處于非開關(guān)條件的UCC27201A驅(qū)動器,。UCC27201A的非開關(guān)電流是許多早期100V半橋驅(qū)動器的典型值,。UCC27201A UVLO通常為7.1V，因此IC不會在此UVLO上升閾值以下工作,。該UVLO上升閾值也是許多早期100V驅(qū)動器的典型值,。可以看到UCC27282禁用電流ISD遠低于UCC27201A的IQ,。在VDD = 8V時,，UCC27201A IQ為297uA，UCC27282 ISD為4.1uA,，待機功耗為~2.4mW,，而UCC27282為~33uW。在VDD = 10V時,，UCC27201A IQ為389uA,，而UCC27282 ISD為5.54uA，待機功耗為3.89mW和55.4uW,。有關(guān)待機功耗和電流比較的詳細(xì)信息,，參見表1。
如果最終應(yīng)用需要多個驅(qū)動器,，則待機功耗的差異與所需驅(qū)動器的數(shù)量有關(guān),。再加上精心設(shè)計的監(jiān)控和偏置電路以及選擇控制器IC，UCC27282可以幫助實現(xiàn)極低的待機功耗,。
表1.UCC27282 ISD 和 PSD與UCC27201 IQ 和 PQ
5 UCC27282輸入互鎖功能
UCC27282驅(qū)動器包含輸入互鎖功能,，可防止LO和HO輸出同時處于高電平狀態(tài)。包括同步降壓,、半橋,、全橋和全橋同步整流在內(nèi)的許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都不能容忍高側(cè)和低側(cè)MOSFET同時導(dǎo)通，否則可能會發(fā)生交叉導(dǎo)通,，可能導(dǎo)致?lián)p壞,。有許多事件可能導(dǎo)致電壓尖峰或振鈴超出正常觀測的特性,，包括短路或靜電釋放或EFT（電快速瞬變）事件的瞬態(tài)等故障情況。這些異常情況可能導(dǎo)致對柵極驅(qū)動器輸入信號等關(guān)鍵控制信號的干擾,。UCC27282在LO和HO輸出上升沿和下降沿之間沒有強制死區(qū)時間,，因此控制器仍然可以確定時序，以實現(xiàn)精確的死區(qū)時間控制,。下面的圖9說明了LO和HO輸出都處于低電平狀態(tài),，對應(yīng)于LI和HI輸入上的20ns重疊。
6 總結(jié)
UCC27282柵極驅(qū)動器具有多種功能,，有助于在通信和數(shù)據(jù)通信模塊中實現(xiàn)更高水平的性能和穩(wěn)健性,。
利用UCC27282，VGS柵極驅(qū)動電壓工作范圍可以擴展到更低的水平以實現(xiàn)最佳工作參數(shù),，實現(xiàn)最高效率,。不同于上一代驅(qū)動器，如果最佳工作點為8V或9V VDD范圍,，UCC27282驅(qū)動器將具有更大的偏置電壓瞬變或壓降裕度,，而不會觸發(fā)UVLO關(guān)斷。
與競爭產(chǎn)品器件相比,，UCC27282在較低的VDD范圍內(nèi)工作時可以保持足夠的柵極驅(qū)動強度,。這可以獲得功率轉(zhuǎn)換器效率的顯著提升。
使能功能可將電源轉(zhuǎn)換器中每個驅(qū)動器的待機電流降低300uA至450uA,。這有助于實現(xiàn)非常低的待機功耗,，這可成為終端設(shè)備的特征優(yōu)勢。
由于輸入互鎖功能,，使用UCC27282柵極驅(qū)動器的功率轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)健性將得到改善,。對于柵極驅(qū)動器因輸入信號電壓尖峰或噪聲的誤觸發(fā)，功率MOSFET功率級將不會有明顯的交叉?zhèn)鲗?dǎo),。
7 參考文獻 ● UCC27282 120-V Half-Bridge Driver with Cross Conduction Protection and Low Switching Losses ● CSD19531Q5A 100V N-Channel NexFET Power MOSFETs