5 隔離式柵極驅動器

TI 柵極驅動器隔離 高達 5.7kV_RMS，有助于防止電擊，同時提供更高的工作電壓以及更寬的爬電距離和間隙，從而提高系統可靠性。主要有兩種隔離式柵極驅動器系列：智能驅動器 UCC21750-Q1 系列和安全驅動器 UCC5870-Q1 系列。UCC21750-Q1 系列包括牽引逆變器中電源模塊的保護特性，例如快速過流和短路檢測、分流電流檢測支持、故障報告、有源米勒鉗位、輸入和輸出側電源欠壓鎖定檢測。隔離式模擬至 PWM 傳感器有助于更輕松地進行溫度或電壓檢測。

UCC5870-Q1 驅動器系列包括以下功能：

• 功能安全合規型 隔離式單通道柵極驅動器，支持高達 1kV_RMS 的工作電壓和超過 40 年的隔離柵壽命，并提供低器件間偏移和 >100V/ns 的共模噪聲抗擾度 (CMTI)
• 30A 的高峰值驅動強度，可更大限度地降低電源開關損耗并移除驅動電路上的緩沖器電路，從而降低成本。
• 溫度傳感器，用于監測電源模塊的溫度并允許在高達特定溫度限制的條件下運行，從而幫助支持寬工作范圍
• 具有米勒鉗位，可防止誤導通并使開關能夠根據需要快速切換以實現效率目標

圖 5-1 和圖 5-2 顯示了 UCC5870-Q1 和競爭器件在以下測試條件下的 30A 驅動強度：

• Vcc2 – Vee2 = 23V
• R_gon = R_goff = 0Ω
• 負載電容 = 1μF

提高牽引逆變器效率和降低 EMI 的一種方法是調整柵極驅動輸出以控制壓擺率，從而在溫度、負載和電壓等不同條件下改變開關速度。例如，當消耗電池電壓時，瞬態電壓 (dv/dt) 會自然變小，并且可以調節柵極驅動輸出以使開關更快地轉換。

圖 5-3 和圖 5-4 展示了基于 UCC5870-Q1 的可調柵極驅動實現方案。圖 5-3 展示了設計圖，而圖 5-4 展示了設計板，該設計板連接到 WolfSpeed 公司的 XM3 半橋電源模塊系列。

圖 5-5 和圖 5-6 展示了雙脈沖測試波形。上升沿的平均開關 dv/dt 速度從 4.6kV/μs 增加到 21kV/μs。下降沿的平均開關 dv/dt 速度從 3.8kV/μs 增加到 13.5kV/μs。

以下兩個圖像均通過 800V 總線下的雙脈沖測試波形收集。

表 5-1 比較了在 400V 總線電壓下弱驅動（5.5Ω 柵極電阻）和強驅動（0.5Ω 柵極電阻）之間的開關能量。

表 5-2 比較了在 800V 總線電壓下弱驅動和強驅動之間的開關能量。