深入解析 onsemi NCV51705：高性能 SiC MOSFET 驱动芯片

在电力电子领域，SiC MOSFET 以其卓越的性能逐渐成为众多应用的首选功率器件。而一款优秀的驱动芯片对于充分发挥 SiC MOSFET 的性能至关重要。今天，我们就来深入探讨 onsemi 推出的 NCV51705 单通道 6A 高速低侧 SiC MOSFET 驱动芯片。

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产品概述

NCV51705 专为驱动 SiC MOSFET 晶体管而设计。它能够提供最大允许的栅极电压，以实现尽可能低的传导损耗。在开关过程中，通过提供高峰值电流，有效降低了开关损耗。此外，该芯片还具备板载电荷泵，可产生用户可选的负电压轨，提高了 dV/dt 抗扰度和关断速度。同时，它还提供一个外部可访问的 5V 轨，用于为数字或高速光耦合器的次级侧供电，减少了隔离栅极驱动应用中偏置解决方案的复杂性。并且，NCV51705 还具备欠压锁定监测等重要保护功能。

产品特性亮点

汽车级认证

该芯片符合 AEC - Q100 汽车级标准，工作温度范围达到 1 级，能够适应汽车应用中的复杂环境，为汽车电子系统提供可靠的驱动解决方案。

高峰值输出电流

采用分离输出级设计，源极和漏极的峰值输出电流能力均达到 6A，并且允许独立调整导通和关断过程，为不同的应用需求提供了灵活的驱动能力。

扩展正电压额定值

在导通期间，能够为 SiC MOSFET 提供高效的工作电压，确保其稳定可靠地运行。

可调板载稳压电荷泵

通过电荷泵产生负电压，实现快速关断功能，同时可以根据需要调整负电压的大小，满足不同的应用场景。

内置负电荷泵

进一步增强了芯片的驱动能力和可靠性，确保在各种工况下都能快速、准确地驱动 SiC MOSFET。

可访问的 5V 参考/偏置轨

为数字振荡器供电提供了便利，同时也可作为低功耗偏置电源，为其他电路提供稳定的电源支持。

可调欠压锁定

可以根据实际应用需求设置欠压锁定阈值，保护芯片和 SiC MOSFET 在电压异常时免受损坏。

去饱和功能

通过监测 SiC MOSFET 的漏源电压，实现过流保护，确保系统的安全性和可靠性。

小尺寸低寄生电感封装

采用 QFN24 可焊侧翼封装，减小了芯片的尺寸和寄生电感，提高了系统的高频性能和稳定性。

引脚功能与电气特性

引脚功能

NCV51705 共有 24 个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，IN+ 和 IN - 用于输入非反相和反相逻辑电平 PWM 信号或使能/禁用信号；XEN 作为驱动状态标志，可用于故障检测和同步控制；SGND 为信号地，PGND 为功率地；VEESET 用于选择负偏置电压；VCH 为电荷泵的稳压偏置电压；OUTSNK 和 OUTSRC 分别为下拉和上拉驱动输出等。

电气特性

芯片的电气特性涵盖了多个方面，包括电源电压、输出电流、频率范围、温度范围等。例如，电源电压 VDD 的范围为 - 0.3V 至 28V，最大工作频率为 500kHz，结温范围为 - 55°C 至 150°C。在不同的测试条件下，还给出了详细的电气参数，如工作电流、静态电流、输出电压等，为工程师的设计提供了准确的数据参考。

典型应用

汽车应用

在汽车逆变器、转换器和电机驱动器中，NCV51705 能够为 SiC MOSFET 提供高效、可靠的驱动，提高系统的效率和性能。例如，在电动汽车的动力系统中，它可以帮助实现快速、准确的功率转换，提升车辆的续航能力和动力性能。

功率因数校正（PFC）和 AC - DC、DC - DC 转换器

在这些应用中，NCV51705 的高峰值输出电流和快速开关特性能够有效降低开关损耗，提高转换效率，减少系统的发热和能量损耗。

应用配置与设计要点

输入配置

NCV51705 提供了非反相和反相两种输入逻辑配置。在非反相输入逻辑中，PWM 信号输入到 IN+，IN - 可作为使能功能；在反相输入逻辑中，PWM 信号输入到 IN -，IN+ 可作为使能功能。通过合理配置输入信号，可以实现对 SiC MOSFET 的精确控制。

驱动状态报告（XEN）

XEN 信号是芯片输出状态的 5V 数字表示，可用于故障检测和同步控制。当 XEN 为高电平时，SiC MOSFET 处于关断状态。通过监测 XEN 信号和 PWM 输入信号，可以及时发现故障并采取相应的保护措施。同时，在半桥功率拓扑中，XEN 信号还可以提供同步信号，实现功率晶体管的交叉导通保护。

信号地和功率地

SGND 是所有由 5V 轨偏置的控制逻辑的地，PGND 是高电流栅极驱动电路的参考电位。为了减少开关过程中的地弹差异，建议将 SGND 和 PGND 引脚通过短而低阻抗的走线连接在一起。同时，在 VDD 和 PGND 之间、VEE 和 PGND 之间分别连接旁路电容，以提供稳定的电源和滤波。

可编程 VEE 电压

VEE 电压可以通过 VEESET 引脚进行编程设置。根据不同的连接方式，可以实现 - 3V、 - 5V、 - 8V 等不同的负偏置电压，也可以通过外部电压偏置进行编程。此外，还可以选择禁用电荷泵，使用外部负电压轨，以满足不同的应用需求。

电荷泵配置

电荷泵仅需要三个外部电容器（(C{CH})、(C{F}) 和 (C{VEE})）即可建立负 VEE 电压轨。开关频率内部设定为 390kHz，当 (V{DD}>7V) 时，VEE 输出开始工作，当 VEE 超过设定幅度的 80% 时，VEE 电源轨被认为足够，VEE 欠压锁定不再阻止开关动作。

输出配置

NCV51705 的输出采用纯 MOS 低阻抗图腾柱输出级，确保了从 VEE 到 VDD 的全轨到轨开关。通过在每个输出引脚和 SiC MOSFET 栅极之间连接单个电阻，可以独立控制栅极振铃和 (dV_{DS}/dT) 转换，实现对 SiC MOSFET 开关过程的精细调节。

可编程欠压锁定（UVSET）

UVLO 对于保护 MOSFET 至关重要。通过在 UVSET 和 SGND 之间连接一个电阻，可以设置 UVLO 开启阈值。允许的 (R_{UVSET}) 范围为 80k 至 140k，以确保启动期间的安全操作。同时，为了防止 UVSET 引脚受到噪声干扰，建议在 UVSET 和 SGND 之间连接一个 10nF 至 100nF 的陶瓷电容。

正偏置电压（VDD 和 SVDD）

VDD 为驱动 OUTSRC 提供正偏置电压，SVDD 为内部 5V 稳压器提供输入偏置电压。建议 VDD 和 SVDD 来自同一电压源，但可以在 SVDD 输入处使用一个小的 RC 滤波器，以防止 VDD 上的开关噪声耦合到控制逻辑中。

过流保护（DESAT）

NCV51705 的 DESAT 功能可以通过仅使用两个外部组件来实现。通过监测 SiC MOSFET 的漏源电压，当 DESAT 引脚电压超过 7.5V 时，触发过流保护，减少 QNOT 输出的导通时间。在选择 (R{1}) 时，需要考虑其对电流限制和响应时间的影响，典型值范围为 5kΩ 至 10kΩ。

5V 偏置（V5V）

V5V 是内部 5V 偏置轨的旁路电容引脚，推荐电容值为 2.2μF。至少需要在引脚附近放置一个 1μF 的高质量高频陶瓷电容，以确保 5V 轨的稳定性。该 5V 轨可作为低功耗偏置电源，为其他电路提供电源支持。

PCB 设计指南

在进行 PCB 设计时，为了优化 SiC 栅极驱动的性能，需要考虑以下几点：

1. 布局紧凑：将 SiC 驱动器尽可能靠近 SiC MOSFET，减少寄生电感和电容的影响。
2. 电容放置：将 VDD、SVDD、V5V、电荷泵和 VEE 电容尽可能靠近芯片，以提供稳定的电源和滤波。
3. 避免干扰：驱动输入和 DESAT 引脚应远离高 dV/dT 走线，以防止噪声干扰导致异常操作。
4. 散热设计：在高温环境下工作时，使用热过孔将芯片的散热垫与其他层连接，降低热阻。注意不要将散热垫连接到 SGND 或 PGND。
5. 走线设计：使用宽走线来连接 OUTSRC、OUTSNK 和 VEE 等与主栅极驱动路径相关的引脚，以降低电阻和电感。

总结

onsemi 的 NCV51705 是一款功能强大、性能卓越的 SiC MOSFET 驱动芯片。它具有丰富的特性和灵活的配置选项，能够满足不同应用场景的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用要求，合理配置芯片的引脚和参数，同时注意 PCB 设计的细节，以充分发挥芯片的性能，实现高效、可靠的 SiC MOSFET 驱动。你在使用类似驱动芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。