Texas Instruments UCC21737-Q1单通道栅极驱动器是一款电流隔离式栅极驱动器，设计用于工作电压高达2121V DC的SiC MOSFET和IGBT，具有先进的保护特性、同类最佳的动态性能和稳健性。该器件具有高达 ±10A的峰值拉电流和灌电流。

数据手册：*附件：Texas Instruments UCC21737-Q1单通道栅极驱动器数据手册.pdf

采用SiO2 电容隔离技术实现输入侧与输出侧隔离。该特性支持高达1.5kVRMS 的工作电压和12.8 kVPK 的浪涌抗扰度，以及超过40年的隔离栅使用寿命。它还具有低零件间偏移和大于150V/ns的共模噪声抑制(CMTI)。

Texas Instruments UCC21737-Q1具有先进的保护特性，例如快速过流和短路检测、故障报告和分流检测支持。它还配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。ASC功能可用于在系统出现故障时强制打开电源。该特性提高了驱动器的多功能性，有助于简化系统设计，降低尺寸和成本。

特性

• 5.7kVRMS 单通道隔离式栅极驱动器
• 具有符合AEC-Q100标准的下列结果：
  • 环境工作温度范围：-40°C至+150°C（器件温度0级）
  • 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
• 高达2121Vpk 的SiC MOSFET和IGBT
• 33V最大输出驱动电压（VDD-VEE）
• ±10A驱动强度和分离输出
• 最低CMTI：150V/ns
• 270ns响应时间快速过流保护
• 外部有源米勒钳位
• 发生故障时软关断：900mA
• 隔离侧的ASC输入可在系统出现故障时打开电源开关
• 过流报警FLT和RST/EN复位
• 在RST/EN上快速启用/禁用响应
• 可抑制< 40ns的输入引脚噪声瞬变和脉冲
• 12V VDD UVLO和–3V VEE UVLO，并通过RDY引脚指示电源良好
• 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

UCC21737-Q1 汽车级SiC/IGBT隔离栅极驱动器技术解析

一、产品概述

UCC21737-Q1是德州仪器(TI)推出的符合AEC-Q100标准的汽车级单通道隔离栅极驱动器，专为电动汽车牵引逆变器、车载充电器等高压应用设计。该器件采用SOIC-16 DW封装，具有8mm以上的爬电距离和间隙，支持SiC MOSFET和IGBT驱动，最高工作电压达2121Vpk。

‌核心特性‌：

• ‌强驱动能力‌：±10A峰值源/灌电流输出
• ‌高隔离等级‌：5.7kVRMS增强隔离，150V/ns CMTI
• ‌快速保护‌：270ns过流响应时间，集成软关断(900mA)
• ‌灵活配置‌：支持分离输出、外部有源米勒钳位
• ‌汽车认证‌：AEC-Q100 Grade 1(-40°C至+125°C)
• ‌功能安全‌：提供功能安全设计文档支持

二、关键技术创新

1. 隔离与驱动架构

采用SiO2电容隔离技术实现输入/输出侧5.7kVRMS电气隔离，具有：

• ‌超长寿命‌：40年以上隔离屏障寿命
• ‌低传输延迟‌：130ns最大传播延迟
• ‌高抗干扰‌：>150V/ns共模瞬态抗扰度(CMTI)

驱动级采用混合上拉结构（PMOS与NMOS并联），在米勒平台区提供更低等效阻抗（约0.7Ω），显著降低开关损耗。

2. 多重保护机制

‌四级保护体系‌：

1. ‌电源监控‌：12V VDD UVLO和-3V VEE UVLO
2. ‌过流保护‌：支持SenseFET/DESAT/分流电阻三种检测方式
3. ‌ 主动短路(ASC) ‌：系统故障时强制开关管导通
4. ‌热关断‌：结温超过150°C自动保护

三、典型应用设计

1. 电动汽车牵引逆变器驱动方案

‌设计参数‌：

• 母线电压：800V DC
• 开关频率：50kHz
• IGBT模块：3300nC栅极电荷

‌关键设计要点‌：

• ‌栅极电阻选型‌：
  • 开启电阻(RON)：1Ω（实现5.9A峰值驱动）
  • 关断电阻(ROFF)：1Ω（实现6.7A峰值驱动）
• ‌电源去耦‌：
  • VDD-COM：10μF+100nF MLCC
  • VEE-COM：10μF+100nF MLCC
• ‌保护电路‌：
  • DESAT检测阈值设置：R1=10kΩ, R2=5.1kΩ, CBLK=1nF
  • 软关断时间：tSTO=2μs → CSTO=40nF

2. PCB布局指南

1. ‌功率回路‌：
   • COM引脚采用开尔文连接至IGBT发射极
   • 栅极回路面积<1cm²
2. ‌隔离设计‌：
   • 器件下方保持无铜区域
   • 输入/输出侧地平面分离
3. ‌热管理‌：
   • 使用2oz铜厚PCB
   • 添加16个φ0.3mm散热过孔

四、性能参数对比

参数	UCC21737-Q1	竞品A	优势分析
传播延迟(ns)	90(典型)	120	降低33%死区时间
CMTI(V/ns)	150	100	提升50%抗干扰能力
过流响应时间(ns)	270	500	缩短46%保护延时
工作结温(°C)	-40~150	-40~125	扩展高温工作范围

五、设计注意事项

1. ‌并联缓冲器配置‌：
   当驱动电流需超过10A时，可外接MJW44H11/MJW45H11缓冲对，需注意：
   • 添加RSTO≥(VDD-VEE)/10限流电阻
   • 按tSTO=ISTO×CSTO/(VDD-VEE)计算软关断电容
2. ‌ASC功能实现‌：
   • ASC引脚电压>2.9V时激活
   • APWM输出400kHz PWM信号用于状态监控
   • 典型响应延迟：660ns(上升)/300ns(下降)
3. ‌热设计验证‌：
   • 计算最大功耗：PDR=0.1W(静态)+0.505W(开关)=0.605W@50kHz
   • 验证结温：Tj=125°C+(32.3°C/W×0.605W)≈145°C