解析 onsemi NCV51752 单通道隔离式栅极驱动器

在电子设计领域，栅极驱动器是驱动功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 等功率开关的关键组件。onsemi 的 NCV51752 单通道隔离式栅极驱动器以其出色的性能和丰富的特性，成为众多应用场景中的理想选择。本文将深入剖析 NCV51752 的特点、参数及应用要点，为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

文件下载：onsemi NCV51752隔离式单通道栅极驱动器.pdf

产品概述

NCV51752 是一款具有 4.5 - A/9 - A 源极和漏极峰值电流的单通道隔离式栅极驱动器。它专为快速开关而设计，能够高效驱动功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 功率开关。该驱动器具有短且匹配的传播延迟，还可通过产生负偏置轨来提高可靠性、增强 dV/dt 抗扰度并实现更快的关断。此外，它采用 4mm SOIC - 8 封装，支持高达 3.75 kVRMS 的隔离电压，并具备独立的欠压锁定等重要保护功能。

典型应用电路

简化框图

产品特性亮点

灵活的特性选项

• 电源电压范围广：输入电源电压范围为 3V 至 20V，输出电源电压范围为 6.5V 至 30V，可根据不同的应用需求选择合适的电压，如 6V 和 8V 适用于 MOSFET，12V 和 17V 适用于 SiC。
• 负偏置控制：内置 GND2 和 VEE 引脚之间的负偏置，可通过微调选择不同的负偏置电平，提供 - 2V、 - 3V、 - 4V 和 - 5V 等多种选项，有效抑制功率晶体管 Vgs 中的振铃现象。

  高性能指标

• 大电流驱动能力：具备 4.5 - A 峰值源极电流和 9 - A 峰值漏极电流能力，能够为功率开关提供足够的驱动电流。
• 快速开关特性：典型传播延迟为 36ns，最大延迟匹配为 5ns，确保快速准确的开关动作。
• 高 CMTI 抗扰度：最小共模瞬态抗扰度（CMTI）为 200V/ns，能有效抵抗高速开关过程中的共模干扰。

  安全与隔离特性

• 高隔离电压：支持 3.75 kVRMS 的隔离电压，满足 1 分钟的隔离测试要求（符合 UL1577 标准），并计划获得 CQC 认证（GB4943.1 - 2011）和 SGS FIMO 认证（IEC 62386 - 1）。
• 完善的保护功能：提供输入输出之间的绝缘保护，包括比较跟踪指数（CTI）为 600，以及多种绝缘和安全参数，确保在不同环境条件下的可靠运行。

电气参数详解

电源部分

• 输入电源（VDD）：静态电流在不同输入信号和电源电压下有所变化，例如在 VIN + = VIN - = 0V，VDD = 5V 时，典型静态电流为 715μA。工作电流也会随输入信号和频率的变化而改变。
• 输出电源（VCC）：静态电流和工作电流同样受输入信号和电源电压的影响。不同的 UVLO 版本（6V、8V、12V、17V）具有不同的欠压锁定阈值和迟滞特性，确保在电源电压不稳定时能可靠保护驱动器。

  逻辑输入部分

• 输入阈值：高电平输入电压典型值为 1.63V，低电平输入电压典型值为 1.08V，输入逻辑迟滞为 0.55V，确保可靠的逻辑信号识别。
• 输入偏置电流：不同输入电平下的偏置电流有所不同，例如在 VIN + = 5V 时，IN + 引脚的高电平逻辑输入偏置电流典型值为 40μA。

  输出驱动部分

• 峰值电流：源极峰值电流典型值为 4.5A，漏极峰值电流典型值为 9A，能够满足功率开关的快速驱动需求。
• 输出电阻：高电平输出电阻典型值为 1.4Ω，低电平输出电阻典型值为 0.5Ω，确保输出信号的稳定和准确。

功能模式与保护机制

功能模式

NCV51752 的功能模式取决于输入信号 IN + 和 IN - 的状态。当 IN + 为低电平或 IN - 为高电平时，栅极驱动输出 OUT 为低电平；当 IN + 为高电平且 IN - 为低电平时，OUT 为高电平。

欠压锁定保护

该驱动器提供初级侧（VDD）和次级侧（VCC 和 VEE）电源的欠压锁定（UVLO）保护功能。当电源电压低于指定的欠压锁定阈值时，驱动器输出将被关闭，确保在电源异常时保护功率开关。

负偏置控制

通过内部的充电和放电电流源控制 GND2 和 VEE 引脚之间的电容电压，实现精确的负偏置控制。负偏置电压轨还具有内部固定的欠压锁定功能，设置为目标 VEE 值的 80%，有效抑制功率晶体管的振铃现象。

应用指南

电源供应

• 输入电源（VDD）：建议在 VDD 和 GND1 引脚之间放置旁路电容，使用至少 100nF 的陶瓷表面贴装电容，并并联几个微法的电容，且电容应尽量靠近引脚放置。
• 输出电源（VCC）：在 VCC 和 VEE 引脚之间放置本地旁路电容，电容值至少为栅极电容的 10 倍，并并联一个 100nF 的电容。同时，在 GND2 和 VEE 引脚之间放置负偏置供应电容，电容值至少为几百纳法。

  输入级设计

• 输入信号逻辑：输入信号引脚（IN + 和 IN -）基于 TTL 兼容输入阈值逻辑，与 VDD 电源电压无关。IN + 为非反相输入，IN - 可作为使能功能。当 IN - 拉高时，驱动器输出保持低电平；要使能驱动器输出，IN - 应通过一个几十 kΩ 的电阻（如 10kΩ）接地或作为有源低电平使能下拉。
• 滤波处理：建议在输入信号引脚添加 RC 滤波器，以减少系统噪声和地弹的影响。滤波器的 RIN 范围为 0Ω 至 100Ω，CIN 范围为 10pF 至 100pF。

  输出级设计

• 输出结构：输出驱动器采用上拉和下拉结构，上拉结构由 PMOS 级组成，下拉结构由 NMOS 器件组成，实现轨到轨的输出电压摆幅。
• 输出阻抗与电流：输出阻抗能够在 25°C 时提供约 + 4.5A 和 - 9A 的峰值电流，在 125°C 时最小灌电流和拉电流分别为 - 7A 和 + 2.6A。

  PCB 布局

• 元件放置：保持输入输出走线尽可能短，减少寄生电感和电容的影响。将 VDD、VCC 和 VEE 的电源旁路电容以及栅极电阻尽可能靠近栅极驱动器放置，同时将栅极驱动器靠近开关器件放置，以降低走线电感和避免输出振铃。
• 接地设计：在高速信号层下方设置坚实的接地平面，确保良好的接地性能。
• 高压隔离：为确保初级和次级侧之间的隔离性能，避免在驱动器器件下方放置任何 PCB 走线或铜箔，建议采用 PCB 切口设计，防止污染影响隔离性能。

总结

onsemi 的 NCV51752 单通道隔离式栅极驱动器凭借其出色的性能、丰富的特性和完善的保护机制，为电子工程师在驱动功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 功率开关时提供了可靠的解决方案。在实际应用中，合理选择电源、优化输入输出级设计以及遵循 PCB 布局准则，能够充分发挥该驱动器的优势，提高系统的性能和可靠性。你在使用类似栅极驱动器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。