應用簡報

隨著對更高安全標準和更小 PCB 的要求不斷提高，集成電路 (IC) 的功能也在越來越豐富。系統設計人員逐漸開始尋覓那些能夠通過集成實用功能，來提升設計靈活性，同時降低系統復雜度、減小系統體積并削減成本的集成電路。UCC57108、UCC57108-Q1、UCC57102、UCC57102-Q1、UCC57102Z 和 UCC57102Z-Q1（統稱為 UCC5710x）均屬于此類集成電路的典型范例。由于其內置了低壓降穩壓器 (LDO)，該系列產品能夠憑借內置的基準電壓，為設計工作提供更高的靈活性。本應用簡報重點介紹了 UCC5710x 器件上集成的電壓基準。

德州儀器 (TI) UCC5710x 器件上的電壓基準是可產生 5V 穩壓電壓并輸出高達 20mA 的電流的 LDO。圖 1 是 UCC5710x 器件的內部方框圖，其中顯示了引腳 2 上的電壓基準。

圖 1 以下為 UCC5710xB、UCC5710xB-Q1、UCC57102Z、UCC57102Z-Q1 的功能方框圖

UCC5710x 器件有 B 和 C 兩種型號，它們都具有集成的 LDO。本應用簡報中的圖表使用了 UCC57108B 引腳排列以便直觀展示，但是 LDO 的應用場景和優勢適用于任何一款集成了 LDO 的 UCC5710x 器件。

5V 偏置應用場景

VREF 引腳最具實用價值的應用之一，是能夠便捷地提供第二偏置電源。柵極驅動器直接內置 LDO 產生 5V 偏置，不僅能在布局 5V 偏置時擁有更大的靈活性，還能簡化設計流程。在設計諸如電壓傳感調制器、電流傳感調制器或熱敏電阻等元件時，這一特性尤為有用，下一部分將對此展開深入闡述。

集成 LDO 的另一應用場景是，在僅有 3.3V 偏置電源可用的情況下，為系統提供 5V 偏置。盡管 3.3V 電源導軌在常見電路中廣泛應用，但由于額外的電壓余量可增強防噪性能，部分場景仍有使用 5V 偏置的需求。這種更高的防噪性能對于確保外部元件的正常運行至關重要。若一個系統主要采用 3.3V 電源導軌，卻有部分元件需要 5V 電源兼容性，那么集成 LDO 可避免使用外部 LDO，從而降低物料清單 (BOM) 成本。

汽車加熱、通風與空調 (HVAC) 系統便是此類典型案例。在該系統中，元件的保護功能及精準配置對于車輛的穩定運行起著決定性作用。調制器和熱敏電阻在這類終端設備中應用廣泛，而采用 UCC5710x 系列器件基準電壓的柵極驅動器能夠有效降低系統的實現成本。

基準電壓的典型應用

假設一位工程師計劃設計一款傳感調制器，該工程師通常不會僅為了這一個元件而重新設計整個電源架構。但是，如果調制器無法靠近 5V 電源導軌放置，那么在印刷電路板 (PCB) 上就需要布置較長的走線，而長走線易受噪聲干擾，可能給整個系統帶來問題。解決這一問題的有效方法是，選用集成 LDO 的柵極驅動器。若將調制器靠近該柵極驅動器放置，LDO 便能為調制器提供偏置。

與調制器的情況類似，在系統中采用由 LDO 內部 5V 偏置供電的熱敏電阻，只需進行極少的額外設計，就能為系統帶來諸多優勢。

圖 2 UCC5710x 柵極驅動器 LDO 偏置 TMP64 熱敏電阻的應用圖

UCC5710x 與 TMP64-Q1 這類熱敏電阻能夠協同工作，原因在于 LDO 的典型輸出電壓 5V 完全處于 TMP64-Q1 器件的正常工作電壓范圍內。

另一個應用場景是為 UCC5710x 系列器件自身的故障報告功能提供偏置。

圖 3 在 UCC5710x 柵極驅動器上偏置 FLTb 的典型應用圖

將 LDO 用作 5V 偏置電源，我們可以在 VREF 引腳與故障報告引腳之間接入一個上拉電阻器，以此為故障報告功能提供偏置。例如，當使用一個 5kΩ 的上拉電阻器時，FLTb 引腳上的典型電流為 10mA。這一電流值完全處于 FLTb 引腳的最大灌電流以及 VREF 最大輸出電流的規格范圍之內。電容器并非必需元件，但考慮到其能夠提升防噪性能，通常建議添加。電阻器的值可能會因電流負載而變化，但假設電流消耗為 10mA，則電阻標記為 500Ω。

內部 LDO 的另一個應用場景是在高側驅動器上運行。一般來說，在微控制器一側通常有更多可用的電源導軌。高側通常由集成電源或自舉電源供電。在系統的高側，由于可用的偏置電源相對較少，LDO 作為額外的偏置電源便凸顯出其價值。這使得 UCC5710x 搭配隔離器后能夠用作高側驅動器。

圖 4 借助隔離器實現 UCC5710x 柵極驅動器作為低側和高側驅動器

另一個應用場景是負載管理，尤其是關于微控制器的使用。一個微控制器能夠為系統中的多個元件提供偏置。但是，如果微控制器偏置太多元件或高電流負載元件，則管理微控制器的熱性能可能是一個問題。因此，UCC5710x 柵極驅動器內的 LDO 可偏置高達 20mA 的負載電流，從而有助于管理微控制器的電流負載。這就避免了在系統進行代際升級添加額外元件時，為適應這些元件而對偏置電源導軌進行調整，或者更改電源導軌的額定功率。

UCC5710x 中電壓基準的性能

實現內部電壓基準的一個重要方面是要驗證其性能是否與獨立的外部 LDO 相當。UCC5710x 器件內部的 LDO 具有以下性能。

圖 5 UCC57108-Q1 的 LDO 在各種電流負載下的性能表現（VDD = 15V，25°C 時的性能）

我們可以看到，該 LDO 在電氣規格所允許的 ±10% 容差范圍內表現良好。在整個輸出電流負載范圍內，LDO 始終維持 5V 的穩定偏置電壓，這表明受其偏置的元件能夠正常工作。該 LDO 在整個推薦的 VDD 工作電壓范圍內也展現出良好的性能。

圖 6 不同 VDD 下 UCC5710x VREF 的性能

另一個性能指標是觀察 UCC5710x 系列器件中的 LDO 在過流檢測 (DESAT) 和故障報告觸發時的變化情況。當 DESAT 檢測到電壓超過特定閾值時，DESAT 輸出變為高電平，故障報告引腳 FLTb 輸出變為低電平。當 UCC5710x 的輸出關斷時,DESAT 恢復為低電平，FLTb 恢復為高電平。圖 7 展示了 FLTb 引腳高低電平切換時 LDO 的性能表現。

圖 7 FLTb 引腳開關期間 UCC57108-Q1 柵極驅動器上的 LDO 性能（測試條件：15V VDD，25°C）

我們可以看出，即便在 FLTb 引腳切換過程中，LDO 的性能依然保持穩定。這表明，即使在故障情況下柵極驅動器輸出關閉，LDO 的性能依然可靠。

此外，柵極驅動器內部的 LDO 不是主要賣點，但如果柵極驅動器同樣強大且具有高性能，則將成為一項極具價值的補充特性。表 3 對兩款集成了基準電壓的柵極驅動器進行了性能對比。

通過這一對比表格可以清晰地看出，UCC5710x 系列器件不僅具備性能卓越的低壓差穩壓器 (LDO)，而且該 LDO 嵌入到一款性能優異、穩定性強且電源電壓 (VDD) 具有靈活性的器件之中。

LDO 雖然結構相對簡單，但其直接集成到柵極驅動器中時，能夠為系統帶來巨大價值。對于諸如汽車加熱、通風與空調 (HVAC) 系統這類應用而言，在挑選柵極驅動器時，集成高性能 LDO 為系統所賦予的靈活性，是一項極為關鍵的設計考量。