Texas Instruments UCC5871-Q1 IGBT/SiC MOSFET栅极驱动器是一款隔离式、高度可配置的单通道栅极驱动器，设计用于驱动EV/HEV应用中的大功率SiC MOSFET和IGBT。功率晶体管保护，如基于分流电阻器的过流、基于NTC的过热和DESAT检测，包括在这些故障期间可选择的软关断或两级关断。–为了进一步减小应用尺寸，Texas Instruments UCC5871-Q1在开关期间集成了4A有源米勒钳位，在驱动器断电时集成了有源栅极下拉。集成的10位ADC支持监控多达六个模拟输入和栅极驱动器温度，从而增强系统管理。集成诊断和检测功能，简化系统设计。这些特性的参数和阈值可通过SPI接口进行配置，因此该器件几乎可以与任何SiC MOSFET或IGBT搭配使用。

数据手册：*附件：Texas Instruments UCC5871-Q1 IGBT，SiC MOSFET栅极驱动器数据手册.pdf

特性

• 分离输出驱动器提供30A峰值拉电流和30A峰值灌电流。
• 互锁和击穿保护，具有150ns（最大值）传播延迟和可编程最小脉冲抑制
• 一次侧和二次侧有源短路 (ASC) 支持
• 可配置功率晶体管保护
  • 基于DESAT的短路保护
  • 基于分流电阻的过流和短路保护
  • 基于NTC的过热保护
  • 功率晶体管故障时可编程软关断 (STO) 和两级关断 (2LTOFF)
• 集成的诊断
  • 内置自检 (BIST)，用于保护比较器
  • IN+至晶体管栅极路径完整性
  • 功率晶体管阈值监控
  • 内部时钟监控
  • 故障报警 (nFLT1) 和警告 (nFLT2) 输出
• 符合功能安全标准
  • 开发用于功能安全应用
  • 可提供文档，协助ISO 26262系统设计（高达ASIL D）
• 集成4A有源米勒钳位或可选外部驱动，用于米勒钳位晶体管
• 先进的高压钳位控制
• 内部和外部电源欠压和过压保护
• 有源输出下拉和默认低输出，电源或浮动输入低
• 驱动器裸片温度检测和过热保护
• 共模瞬态抑制 (CMTI)：100kV/µs（最小值，VCM=1000V时）
• 基于SPI的设备重新配置、验证、监控和诊断
• 集成10位ADC，用于功率晶体管温度、电压和电流监控

简化示意图

德州仪器UCC5871-Q1汽车级IGBT/SiC MOSFET栅极驱动器技术解析

一、产品概述与核心特性

UCC5871-Q1是德州仪器(TI)推出的汽车级单通道隔离栅极驱动器，专为驱动电动汽车/混合动力汽车(EV/HEV)应用中的高功率SiC MOSFET和IGBT设计。该器件采用TI专有的SiO₂隔离技术，具有以下显著特性：

• ‌超高驱动能力‌：提供30A峰值灌电流和30A峰值拉电流，采用分体式输出设计优化开关性能
• ‌先进保护机制‌：集成DESAT去饱和保护、基于分流电阻的过流保护、NTC温度保护及可编程软关断(STO)和两级关断(2LTOFF)功能
• ‌功能安全合规‌：支持ISO 26262系统设计至ASIL D等级，提供完整的文档支持
• ‌集成诊断功能‌：包含保护比较器自检(BIST)、栅极路径完整性检测、功率管阈值监控和内部时钟监测
• ‌灵活配置接口‌：通过SPI接口实现器件重配置、验证和诊断，支持100kHz至4MHz时钟速率

二、关键电气参数与性能

2.1 电源规格

• ‌输入侧供电‌：VCC1范围3V至5.5V，典型静态电流7.7mA
• ‌输出侧供电‌：VCC2范围15V至30V，VEE2范围-12V至0V，总供电电压(VCC2-VEE2)不超过30V
• ‌保护阈值‌：
  • VCC2欠压锁定(UVLO)四档可调(10V/12V/14V/16V)
  • VCC2过压锁定(OVLO)四档可调(18V/20V/22V/24V)
  • VEE2欠压锁定三档可调(-3V/-5V/-8V)

2.2 驱动性能

• ‌输出特性‌：
  • 高边输出电压(VOUTH)：VCC2-33mV(典型值@100mA)
  • 低边输出电压(VOUTL)：33mV(典型值@100mA)
  • 峰值驱动电流：15A(源出)/15A(灌入)
• ‌开关参数‌：
  • 传播延迟：150ns(典型值@0.1nF负载)
  • 上升/下降时间：150ns(10nF负载)
  • 最大开关频率：50kHz(ADC禁用时)

2.3 保护功能参数

• ‌DESAT保护‌：
  • 16级阈值可调(2.5V-11V)
  • 反应时间160ns+滤波时间(最快316ns)
• ‌过流保护‌：
  • 16级阈值可调(170mV-998mV)
  • 响应时间175ns+滤波时间
• ‌温度保护‌：
  • 驱动器结温警告/关断阈值可调
  • 功率管温度保护8级阈值(0.95V-2.8875V)

三、系统级设计要点

3.1 典型应用电路

器件支持多种拓扑配置，典型应用包括：

1. ‌牵引逆变器驱动‌：通过DESAT检测和主动短路(ASC)功能实现故障快速响应
2. ‌功率模块驱动‌：利用集成ADC实时监测功率管温度/电压/电流
3. ‌高边/低侧配置‌：通过VBST引脚实现自举供电，支持1000V DC链路电压

3.2 保护功能实现

• ‌DESAT电路设计‌：
  • 在DESAT引脚与功率管集电极间串联二极管和电阻
  • 并联100pF-1nF电容设置消隐时间
• ‌有源米勒钳位‌：
  • 内部集成4A钳位电流
  • 支持外部MOSFET驱动模式(CLAMP引脚)
• ‌两级关断‌：
  • 可编程平台电压(5V-14V)
  • 保持时间150ns-2.5μs可调

3.3 PCB布局建议

1. ‌电源去耦‌：VCC2/VEE2旁路电容应尽量靠近器件(推荐1μF陶瓷电容+bulk电容)
2. ‌热管理‌：

• 优先扩大VEE2铜箔面积
• 多层板建议通过过孔连接内部平面

3. ‌高压隔离‌：

• 器件下方建议做PCB开槽
• 高低压走线间距至少8mm(满足8mm爬电距离)

4. ‌栅极回路‌：

• 限制功率管栅极驱动环路面积
• 自举二极管应贴近驱动器和功率管

四、功能安全与诊断

4.1 安全特性

• ‌故障指示‌：双路故障输出(nFLT1/nFLT2)支持可屏蔽中断
• ‌内置自检‌：
  • 保护比较器周期性自检
  • 栅极路径完整性验证
• ‌时钟监控‌：检测SPI时钟异常

4.2 ADC监测系统

• ‌10位分辨率‌：监测6路模拟输入(AI1-AI6)
• ‌多路复用功能‌：
  • 功率管温度(NTC)
  • 集电极电压(通过电阻分压)
  • 电流检测(分流电阻)
• ‌工作模式‌：
  • 边缘触发模式(5.1μs转换时间)
  • 混合模式(0.4ms保持时间)