UCC2752x系列双通道低侧高速栅极驱动器：设计与应用指南

在当今的电子设计领域，高速开关电源电路对栅极驱动器的性能要求越来越高。德州仪器（TI）的UCC2752x系列产品，作为最新一代的双通道、低侧、高速栅极驱动器，凭借其卓越的性能和丰富的特性，在众多应用场景中脱颖而出。

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产品概述

UCC2752x系列包含UCC27523、UCC27525和UCC27526三款产品，具备5A的源极和灌电流能力，拥有业内一流的开关特性。该系列产品提供三种标准逻辑选项：双反相、双同相、一个反相和一个同相驱动器，能满足不同的设计需求。其采用SOIC - 8（D）、MSOP - 8带外露焊盘（DGN）和3mm × 3mm WSON - 8带外露焊盘（DSD）等多种封装形式，其中UCC27526仅提供3mm × 3mm WSON（DSD）封装。

产品特性分析

1. (V_{DD})和欠压锁定（UVLO）

UCC2752x器件在(V{DD})引脚供电电路块上具备内部欠压锁定（UVLO）保护功能。当(V{DD})上升且低于UVLO阈值时，输出保持低电平，不受输入状态影响。UVLO典型值为4.2V，具有300mV的典型迟滞，可防止低(V{DD})电源电压的噪声和偏置电压下降时产生振荡。该特性使其能够在低至5V以下的电压下工作，非常适合驱动新兴的GaN功率半导体器件。为确保高速电路性能，建议在(V{DD})和GND引脚之间使用两个旁路电容，一个0.1μF的陶瓷电容应尽可能靠近器件引脚，另一个较大的低ESR电容（如1μF）与之并联。

2. 工作电源电流

UCC2752x产品的静态(I{DD})电流极低。在UVLO状态和完全导通状态（静态和开关条件下）的典型工作电源电流可参考相关图表。总电源电流由静态(I{DD})电流、开关引起的平均(I{OUT})电流以及使能引脚和反相输入引脚上拉电阻的相关电流组成。通过已知的工作频率（(f{SW})）和MOSFET栅极电荷（(Q{G})），可计算出平均(I{OUT})电流。

3. 输入级

输入引脚基于TTL和CMOS兼容的输入阈值逻辑，与(V{DD})电源电压无关。典型高阈值为2.1V，低阈值为1.2V，可方便地由3.3V和5V数字电源控制器的PWM控制信号驱动。较宽的迟滞（典型值0.9V）提供了比传统TTL逻辑更高的抗噪能力。此外，当任何输入引脚处于浮空状态时，相应通道的输出将保持低电平，这通过在反相输入引脚使用(V{DD})上拉电阻，在同相输入引脚使用GND下拉电阻来实现。UCC27526采用双输入配置，用户可灵活选择同相或反相输入引脚驱动每个通道，但未使用的输入引脚必须正确偏置，否则输出将被禁用。

4. 使能功能

UCC27523/5器件具有独立的使能引脚(EN{x})，采用同相配置（高电平有效）。使能引脚基于TTL和CMOS兼容的输入阈值逻辑，可由3.3V和5V微控制器的逻辑信号有效控制。在默认状态下，使能引脚通过上拉电阻连接到(V{DD})，输出处于使能状态。UCC27526没有专用的使能引脚，但可通过未使用的输入引脚实现使能/禁用功能，不过这些引脚不能浮空。

5. 输出级

输出级采用独特的上拉结构，在功率开关导通转换的米勒平台区域（功率开关漏极或集电极电压经历(dV/dt)时）可提供最高的峰值源电流。上拉结构由一个P沟道MOSFET和一个额外的N沟道MOSFET并联组成，N沟道MOSFET在输出从低到高转换的瞬间短暂导通，提供峰值源电流的短暂提升。下拉结构由一个N沟道MOSFET组成。每个输出级可提供5A的峰值源电流和5A的峰值灌电流脉冲，输出电压在(V_{DD})和GND之间摆动，实现轨到轨操作。MOSFET体二极管可提供低阻抗，减少开关过冲和下冲，在许多情况下可省去外部肖特基二极管钳位。

6. 低传播延迟和紧密匹配的输出

UCC2752x驱动器具有业内一流的输入输出传播延迟，典型值为13ns，可实现极低的脉冲传输失真，适用于高频开关应用。两个通道之间的内部传播延迟匹配精度极高，典型值为1ns，有利于需要双栅极驱动且对时序要求严格的应用。不过，在直接连接OUTA和OUTB引脚时需谨慎，因为通道之间的延迟可能导致直通电流传导，建议使用快速(dV/dt)输入信号，并遵循相关设计指南。

应用与实现

1. 应用信息

在开关电源应用中，高电流栅极驱动器至关重要。它可实现功率器件的快速开关，减少开关功率损耗；解决PWM控制器直接驱动开关器件不可行的问题，实现电平转换和缓冲驱动功能；减少高频开关噪声的影响；驱动栅极驱动变压器和控制浮动功率器件栅极；降低控制器的功率损耗和热应力。新兴的宽带隙功率器件技术（如基于GaN的开关）对栅极驱动能力提出了特殊要求，UCC2752x系列产品能够满足这些需求。

2. 典型应用设计

在选择合适的栅极驱动器时，需要考虑输入输出逻辑、(V_{DD})、UVLO、驱动电流和功率损耗等因素。

• 输入输出逻辑：UCC27523可提供带使能控制的双反相输入输出；UCC27525可提供一个反相和一个同相输入输出控制；UCC27526的每个通道可通过INx - 或INx + 引脚配置为反相或同相输入输出。
• 使能和禁用功能：UCC27523/5通过独立的使能引脚控制；UCC27526通过未使用的输入引脚实现使能/禁用功能，但这些引脚不能浮空。
• (V_{DD})偏置电源电压：(V_{DD})引脚的偏置电源电压不应超过规定值，UCC2752x的工作范围为4.5V至18V，可驱动多种功率开关。
• 传播延迟：UCC2752x的典型传播延迟为13ns，可确保极小的脉冲失真，允许在非常高的频率下工作。
• 驱动电流和功率损耗：UCC27523/5/6系列驱动器能够在(V_{DD}=12V)时为MOSFET栅极提供5A的电流。功率损耗取决于功率MOSFET的栅极电荷、开关频率和外部栅极电阻的使用。

电源供应建议

UCC2752x器件的偏置电源电压范围为4.5V至18V，下限由UVLO保护功能决定，上限由(V{DD})引脚的绝对最大电压额定值决定。UVLO保护具有迟滞功能，可防止电压波动导致的器件关断。为确保器件正常工作，应在(V{DD})和GND引脚之间提供本地旁路电容，建议使用一个100nF的陶瓷表面贴装电容和一个几微法的表面贴装电容并联。

PCB布局指南

在设计高速驱动器的PCB布局时，需要遵循以下原则：

• 驱动器应尽可能靠近功率器件，以减小输出引脚和功率器件栅极之间的高电流走线长度。
• (V_{DD})旁路电容应尽可能靠近驱动器，以提高噪声滤波效果。
• 导通和关断电流回路应尽可能小，以减小杂散电感。
• 源极和返回走线应尽可能并联，利用磁通抵消原理。
• 电源走线和信号走线应分开，如输出和输入信号。
• 采用星型接地方式，将驱动器的GND连接到其他电路节点的单点上，以减小噪声耦合。
• 使用接地平面提供噪声屏蔽，同时有助于散热。

总结

UCC2752x系列栅极驱动器凭借其出色的性能和丰富的特性，为高速开关电源电路的设计提供了强大的支持。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的设计需求，合理选择器件，并遵循相关的设计指南和布局原则，以确保系统的可靠性和性能。希望本文能够为工程师们在使用UCC2752x系列产品时提供有益的参考。你在使用UCC2752x系列产品的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。