德州仪器UCC21717-Q1隔离式栅极驱动器技术解析与应用指南

Texas Instruments UCC21717-Q1隔离式单通道栅极驱动器设计用于驱动高达1700V SiC MOSFET和IGBT。它具有高级集成保护、出色的动态性能和稳健性。UCC21717-Q1具有高达±10A峰值拉电流和灌电流。输入侧与输出侧隔离，采用SiO2 电容式隔离技术，支持高达1.5kVRMS 工作电压、12.8kVPK 浪涌抗扰度（隔离栅寿命超过40年），并具有较低的零件间偏移和150V/ns共模噪声抗扰度（CMTI）。

数据手册：*附件：Texas Instruments UCC21717-Q1隔离式单通道栅极驱动器数据手册.pdf

Texas Instruments UCC21717-Q1具有先进的保护特性，例如快速过流和短路检测、分流电流检测支持、故障报告、有源米勒钳位以及输入和输出侧电源UVLO，以优化SiC和IGBT的开关特性和稳健性。隔离式模拟转PWM传感器可用于简化温度或电压检测，提高驱动器的多功能性，并简化系统设计工作、减小尺寸和降低成本。

特性

• 5.7kVRMS 单通道隔离式栅极驱动器
• 符合汽车应用类AEC-Q100标准
  • 器件温度0级（-40°C至+150°C环境工作温度范围）
  • 器件人体模型 (HBM) 静电放电 (ESD) 分类等级3A
  • 器件充电器件模型 (CDM) ESD分类等级C6
• 功能安全质量管理型
  • 可提供帮助进行功能安全系统设计的文档
• 高达2121Vpk 的SiC MOSFET和IGBT
• 最大输出驱动电压（V DD -VEE）：33V
• ±10A驱动强度和分割输出
• 最低CMTI：150V/ns
• 270ns响应时间快速过流保护
• 4A内部有源米勒钳位
• 故障条件下400mA软关断
• 具有PWM输出的隔离式模拟传感器，用于：
  • 使用NTC、PTC或热敏二极管进行温度检测
  • 高压直流链路或相位电压
• 过流报警FLT和RST/EN复位
• 使用RST/EN禁用器件触发软关断
• 抑制输入引脚上 < 40ns的瞬态噪声和脉冲
• RDY上的12V VDD UVLO（具有电源正常指示功能）
• 输入/输出可耐受高达5 V的过冲/欠冲瞬态电压
• 130 ns（最大值）传播延迟和30 ns（最大值）脉冲/零件偏移
• SOIC-16 DW封装，爬电距离和间隙>8mm
• 工作结温范围：–40°C至150°C

功能框图

德州仪器UCC21717-Q1隔离式栅极驱动器技术解析与应用指南

一、核心特性概述

UCC21717-Q1是德州仪器推出的汽车级单通道隔离栅极驱动器，专为1700V SiC MOSFET和IGBT设计，具有以下核心优势：

• ‌超高驱动能力‌：±10A峰值源/灌电流输出，支持快速开关（1.3MHz带宽）
• ‌先进保护机制‌：270ns过流保护响应、400mA软关断、4A有源米勒钳位
• ‌多重隔离保护‌：5.7kVRMS强化隔离，150V/ns CMTI抗扰度，40年隔离屏障寿命
• ‌集成传感功能‌：隔离式PWM温度/电压传感通道（0.6-4.5V输入范围）
• ‌汽车级认证‌：AEC-Q100 Grade 1认证（-40℃至+125℃环境温度）

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二、关键技术创新点

1. 智能驱动架构

• ‌混合推挽输出‌：并联PMOS与NMOS的混合结构，有效导通电阻低至0.7Ω
• ‌动态响应优化‌：开通延迟130ns（最大值），器件间偏斜仅30ns
• ‌双电源兼容‌：支持13-33V宽范围输出供电，负压可低至-16V

2. 多重保护系统

保护类型	参数指标	响应时间
过流保护	0.7V阈值 ±5%精度	≤270ns
电源监测	VDD UVLO 12V/10.7V带滞回	5μs滤波
短路钳位	OUTH对VDD正向钳位0.9V	瞬态响应

3. 隔离传感技术

• ‌AIN-APWM转换‌：内置203μA电流源，线性度±1.5%（校准后）
• ‌PWM编码‌：400kHz固定频率，0.6V→88%占空比 / 4.5V→10%占空比
• ‌典型应用‌：
  • NTC温度检测（精度±1% after校准）
  • DC母线电压监测（需外置分压网络）

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三、典型应用设计

1. 电动汽车牵引逆变器方案

• ‌栅极电阻选型‌：
  • 计算公式：R_G = (VDD-VEE)/I_peak - (R_OH+R_Gint)
  • 示例：VDD=20V/VEE=-5V时，1Ω电阻可实现6.7A灌电流
• ‌布局要点‌：
  • COM引脚必须采用开尔文连接至功率器件发射极
  • 输入/输出侧地平面需物理分隔（建议≥8mm间距）

2. 热管理设计

• ‌功耗计算‌：
  • 静态损耗：IVDDQ×VDD ≈ 4mA×20V = 80mW
  • 动态损耗：0.5×Qg×VDD×fsw（50kHz时约505mW）
• ‌散热建议‌：θJA=68.3°C/W下，需保证环境温度≤85℃（满负载）

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四、设计验证数据

测试项目	条件（VDD=20V）	典型值	最大值
传播延迟	CL=10nF	90ns	130ns
米勒钳位导通延迟	VCLMPTH=2V	15ns	50ns
软关断电流	VOUT=8V	400mA	570mA
APWM线性误差	全温度范围	±1.5%	±3%

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五、选型对比建议

1. ‌高压场景优选‌：相比UCC21520，21717支持更高隔离电压（5.7kVRMS vs 3kVRMS）
2. ‌SiC专用特性‌：集成有源米勒钳位，解决SiC MOSFET低Vth导致的误开通问题
3. ‌功能安全支持‌：提供FMEDA报告，适合ASIL-D系统设计