深入解析 NCP51752：隔离单通道栅极驱动器的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的栅极驱动器至关重要。今天，我们将深入探讨 onsemi 推出的 NCP51752 隔离单通道栅极驱动器，它在驱动功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 功率开关方面表现出色，具备众多令人瞩目的特性。

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产品概述

NCP51752 是一款隔离单通道栅极驱动器，具有 4.5 - A/9 - A 的源极和灌极峰值电流，专为快速开关而设计，能够有效驱动功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 功率开关。它拥有短且匹配的传播延迟，还具备创新的嵌入式负偏置轨机制，可提高可靠性、增强 dV/dt 抗扰度并实现更快的关断。此外，该驱动器还提供独立的欠压锁定等重要保护功能，其 Vcc UVLO 阈值参考 GND2，确保真正的 UVLO 功能不受 VEE 电平影响。NCP51752 采用 4mm SOIC - 8 封装，支持高达 3.75 kVRMS 的隔离电压。
 

典型应用电路

简化框图

产品特性亮点

电源与输入特性

• 宽输入电源电压范围：输入电源电压范围为 3 - V 至 20 - V，输出电源电压范围为 6.5 V 至 30 V，并且针对不同类型的 MOSFET 提供了多种阈值选择，如 6 - V 和 8 - V 适用于 MOSFET，12 - V 和 17 - V 适用于 SiC。
• Vcc UVLO 参考 GND2：这种设计使得 Vcc 的欠压锁定阈值更加稳定，不受 VEE 电平的影响，提高了系统的可靠性。

  输出与性能特性

• 高输出电流能力：具备 4.5 - A 峰值源极电流和 9 - A 峰值灌极电流能力，能够为功率开关提供足够的驱动能力。
• 低传播延迟：典型传播延迟为 36 ns，最大延迟匹配为 5 ns，确保了快速的开关响应和精确的信号传输。
• 高 CMTI 抗扰度：最小 CMTI 为 200 V/ns dV/dt，能够有效抵抗共模瞬变干扰，保证系统在复杂电磁环境下的稳定运行。

  隔离与安全特性

• 高隔离电压：支持 3.75 kVRMS 的隔离电压，满足 1 分钟的 UL1577 要求，同时还计划获得 CQC 认证（GB4943.1 - 2011）和 SGS FIMO 认证（IEC 62386 - 1），为系统提供可靠的电气隔离。
• 输入引脚负电压处理能力：输入引脚具备 - 5 - V 的处理能力，增强了系统的抗干扰能力。

典型应用场景

NCP51752 在多个领域都有广泛的应用，包括电机驱动器、DC - DC 和 AC - DC 电源中的隔离转换器，以及服务器、电信和工业基础设施等。这些应用场景对驱动器的性能和可靠性要求较高，而 NCP51752 凭借其出色的特性能够很好地满足这些需求。

引脚连接与功能说明

引脚连接

NCP51752 采用 SOIC - 8 NB 封装，其引脚连接清晰明确。VDD 为输入侧电源电压引脚，建议在 VDD 与 GND1 之间放置旁路电容；IN + 和 IN - 为逻辑输入引脚，分别具有内部下拉和上拉电阻；GND1 为输入侧电源地；VCC 为正输出电源轨；OUT 为栅极驱动输出引脚；GND2 为栅极驱动公共引脚，需连接到 MOSFET 源极；VEE 为负输出电源轨。

功能说明

• 欠压锁定保护：NCP51752 提供了对 VDD、VCC 和 VEE 的欠压锁定保护功能。当电源电压低于指定的欠压锁定阈值时，驱动器将停止工作，以保护系统免受低电压的影响。不同版本的 VCC UVLO 阈值不同，如 6 - V、8 - V、12 - V 和 17 - V 版本，并且具有一定的滞回特性，可提高系统的抗干扰能力。
• 负偏置控制功能：该驱动器提供了简单的方式来生成负偏置，可有效抑制功率晶体管 Vgs 中的振铃现象。通过内部的充电和放电电流源，精确控制 GND2 和 VEE 引脚之间的负偏置电压，不受开关频率和占空比的影响。

电气特性与性能参数

电源部分

• 静态电流：VDD 和 VCC 的静态电流在不同条件下有明确的参数范围，如 VDD 在不同输入信号和电源电压下的静态电流在 500 - 1100 μA 之间，VCC 的静态电流在 100 - 1400 μA 之间。
• 工作电流：VDD 和 VCC 的工作电流随着输入信号频率和负载电容的变化而变化，例如在特定条件下，VDD 的工作电流在 2.9 - 8.4 mA 之间，VCC 的工作电流在 3.0 - 7.5 mA 之间。

  逻辑输入部分

• 输入电压阈值：高电平输入电压阈值典型值为 1.63 V，低电平输入电压阈值典型值为 1.08 V，输入逻辑滞回典型值为 0.55 V。
• 输入偏置电流：IN + 和 IN - 在不同电平下的偏置电流也有明确的参数，如 IN + 在高电平时的偏置电流典型值为 40 μA，IN - 在低电平时的偏置电流典型值为 - 40 μA。

  动态特性

• 传播延迟：开启和关断传播延迟典型值均为 36 ns，脉冲宽度失真在 - 5 - 5 ns 之间，通道间传播延迟偏差在 - 20 - 20 ns 之间。
• 上升和下降时间：在负载电容为 1.8 nF 时，开启上升时间典型值为 12 ns，关断下降时间典型值为 8.3 ns。

应用设计建议

电源供应

• 输入电源：VDD 输入电源支持 3 - V 至 20 - V 的宽电压范围，建议在 VDD 与 GND1 之间放置至少 100 nF 的陶瓷表面贴装电容，并并联几个微法的电容，且电容应尽量靠近引脚。
• 输出电源：VCC 输出电源支持 6.5 - V 至 30 - V 的电压范围，在 VCC 与 VEE 之间应放置至少十倍于栅极电容的本地旁路电容，并并联一个 100 - nF 的电容，同样电容应尽量靠近器件。
• 负偏置电源：在 GND2 和 VEE 引脚之间应放置至少几百纳法的电容，以确保负偏置的稳定。

  输入级设计

• 输入信号引脚：输入信号引脚（IN + 和 IN -）基于 TTL 兼容输入阈值逻辑，与 VDD 电源电压无关。IN + 引脚被拉至 GND1，IN - 引脚被拉至 VDD。
• 使能功能：IN - 可作为使能功能，当 IN - 被拉高时，驱动器输出保持低电平；要使能驱动器输出，IN - 应通过几十 k 的电阻（如 10 k）连接到 GND1，或作为低电平有效使能下拉。
• 滤波设计：建议在输入信号引脚上添加 RC 滤波器，以减少系统噪声和地弹的影响。RIN 的范围为 0 - 100 Ω，CIN 在 10 pF 至 100 pF 之间。

  输出级设计

• 输出结构：输出驱动器级采用上拉和下拉结构，上拉结构由 PMOS 级组成，下拉结构由 NMOS 器件组成，可实现轨到轨操作。
• 输出阻抗与电流：上拉和下拉开关的输出阻抗能够在 25°C 时提供约 + 4.5 A 和 - 9 A 的峰值电流，在 125°C 时，最小灌极和源极峰值电流分别为 - 7 A 和 + 2.6 A。

  PCB 布局

• 元件放置：保持输入/输出走线尽可能短，减少寄生电感和电容的影响；电源旁路电容、栅极电阻等应尽量靠近栅极驱动器；栅极驱动器应尽量靠近开关器件，以减少走线电感和输出振铃。
• 接地考虑：在高速信号层下方设置坚实的接地平面，以提高系统的抗干扰能力。
• 高压隔离考虑：为确保初级和次级侧之间的隔离性能，避免在驱动器器件下方放置任何 PCB 走线或铜箔，建议采用 PCB 切口来防止污染影响隔离性能。

总结

NCP51752 作为一款高性能的隔离单通道栅极驱动器，具备强大的驱动能力、出色的性能特性和完善的保护功能。在电机驱动、电源转换等多个领域都有广阔的应用前景。电子工程师在设计过程中，应根据具体的应用需求，合理选择电源、优化输入输出级设计，并注意 PCB 布局，以充分发挥 NCP51752 的优势，设计出更加可靠、高效的系统。大家在使用 NCP51752 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。