UCC5870-Q1 用于 IGBT/SiC 的汽车级 3.75kVrms 30A 单通道功能安全隔离栅极驱动器数据手册

UCC5870-Q1 器件是一款隔离式、高度可配置的单通道栅极驱动器，旨在驱动 EV/HEV 应用中的高功率 SiC MOSFET 和 IGBT。功率晶体管保护，例如基于分流电阻器的过流、基于 NTC 的过热和 DESAT 检测，包括在这些故障期间可选的软关断或两级关断。为了进一步减小应用尺寸，UCC5870-Q1 在开关期间集成了一个 4A 有源米勒箝位，在驱动器未通电时集成了一个有源栅极下拉。集成的 10 位 ADC 可监控多达 6 个模拟输入和栅极驱动器温度，以增强系统管理。集成了诊断和检测功能，以简化符合 ASIL-D 标准的系统的设计。这些功能的参数和阈值可通过 SPI 接口进行配置，这使得该器件几乎可以与任何 SiC MOSFET 或 IGBT 一起使用。
*附件：ucc5870-q1.pdf

特性

• 分离式输出驱动器提供 30A 峰值拉电流和 30A 峰值灌电流
• 可调节的“动态”栅极驱动强度
• 具有 150ns（最大）传播延迟和可编程最小脉冲抑制的互锁和击穿保护
• 初级侧和次级侧有源短路 （ASC） 支持
• 可配置的功率晶体管保护
  • 基于 DESAT 的短路保护
  • 基于分流电阻器的过流和短路保护
  • 基于 NTC 的过热保护
  • 功率晶体管故障期间的可编程软关断 （STO） 和两级关断 （2LTOFF）
• 符合功能安全标准
  • 专为功能安全应用而开发
  • 提供文档，以帮助 ISO 26262 系统设计达到 ASIL D
• 集成诊断：
  • 用于保护比较器的内置自检 （BIST）
  • IN+ 到晶体管栅极路径完整性
  • 功率晶体管阈值监控
  • 内部时钟监控
  • 故障警报 （nFLT1） 和警告 （nFLT2） 输出
• 集成 4A 有源米勒钳位或用于米勒钳位晶体管的可选外部驱动器
• 先进的高压箝位控制
• 内部和外部电源欠压和过压保护
• 有源输出下拉和默认低电平输出，具有低电源或浮动输入
• 驱动器芯片温度感应和过热保护
• V 时最小共模瞬态抗扰度 （CMTI） 为 100kV/μs 厘米 = 1000V
• 基于 SPI 的器件重配置、验证、监控和诊断
• 集成 10 位 ADC，用于功率晶体管温度、电压和电流监控
• 安全相关认证：
  • 3750– 伏RMS根据 UL1577 标准隔离 1 分钟（计划）
• 符合 AEC-Q100 标准，结果如下：
  • 器件温度等级 0：-40°C 至 125°C 环境工作温度
  • 器件 HBM ESD 分类 2 级
  • 器件 CDM ESD 分类等级 C4b

参数

一、产品概述

UCC-Q1是一款针对汽车应用设计的-A隔离IGBT/SiC MOSFET门驱动器，集成了高级保护功能。该驱动器支持功能安全应用，符合ISO 2标准，适用于HEV和EV牵引逆变器及功率模块。

二、主要特性

• ‌高驱动能力‌：提供-A的峰值源和沉电流。
• ‌高级保护功能‌：包括DESAT基短路保护、分流电阻基过流保护、NTC基过温保护、可编程软关断（STO）和两级关断（LTOFF）。
• ‌功能安全‌：开发符合功能安全应用，提供文档支持ISO 系统设计至ASIL D。
• ‌集成诊断功能‌：内置自测试（BIST）保护比较器、IN+到晶体管栅极路径完整性监测、功率晶体管阈值监测等。
• ‌高CMTI‌：-kV/µs的最小共模瞬态免疫（CMTI）性能。
• ‌灵活配置‌：通过SPI接口可配置参数和阈值，支持多种SiC MOSFET或IGBT。
• ‌位ADC‌：集成0位ADC，用于监测功率晶体管的温度、电压和电流。

三、应用领域

• HEV和EV牵引逆变器
• HEV和EV功率模块

四、功能描述

1. 电源供应

• ‌VCC‌：3V至.V，用于低电压主侧接口。
• ‌VCC‌：V至V，用于门极驱动的正电源。
• ‌VEE2‌：-2V至V，用于门极驱动的负电源。

2. 驱动阶段

• ‌分裂输出‌：提供0-A的峰值源和沉电流，支持独立控制开通和关断速度。
• ‌内部有源米勒钳位‌：在切换过程中防止误开通，可选外部驱动米勒钳位晶体管。

3. 保护特性

• ‌过流和短路保护‌：基于分流电阻和DESAT检测，支持可编程软关断或两级关断。
• ‌过温保护‌：基于NTC温度传感器的过温保护。
• ‌欠压和过压保护‌：对VCC1、VCC和VEE进行欠压和过压监测。
• ‌门极电压监测‌：确保功率晶体管栅极连接正确，并检测门极驱动路径故障。

4. SPI配置和诊断

• ‌参数配置‌：通过SPI接口配置各种保护功能的阈值和参数。
• ‌故障诊断‌：集成多种诊断功能，包括BIST、PWM互锁、时钟监测等。

5. 隔离模拟传感

• ‌集成ADC‌：位ADC用于监测多达个模拟输入，包括功率晶体管的温度、电压和电流。
• ‌隔离模拟到PWM信号‌：提供隔离的模拟到PWM信号功能，用于温度或电压传感。

五、典型应用

文档提供了两个典型应用电路：

1. ‌使用内部ADC参考和功率FET感测电流监测‌：展示如何通过AI引脚监测功率FET的电流和温度。
2. ‌使用DESAT功率FET监测‌：展示如何通过DESAT引脚实现过流和短路保护。

六、电源推荐

• ‌VCC‌：推荐使用.V或5V电源，并连接0.1µF和4.7µF的旁路电容。
• ‌VCC‌：推荐使用5V至0V电源，并连接0.1µF和4.7µF的旁路电容。
• ‌VEE2‌：推荐使用-2V至V电源，并连接.µF和.µF的旁路电容。
• ‌VREF‌：可选外部V参考电压，用于提高ADC精度。

七、布局指南

• ‌组件放置‌：低ESR/ESL电容应尽可能靠近电源引脚放置。
• ‌接地考虑‌：高电流路径应尽可能短，以减小环路电感和噪声。
• ‌高压考虑‌：避免在驱动器下方放置PCB走线或铜层，以增加隔离性能。
• ‌热考虑‌：增加VCC2和VEE2到PCB的铜连接面积，以提高散热性能。