深入解析 NCP51563：高性能隔离式双通道栅极驱动器

在电子设计领域，栅极驱动器扮演着至关重要的角色，尤其是在驱动功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 等功率开关时。今天，我们将深入探讨 onsemi 的 NCP51563 隔离式双通道栅极驱动器，这款产品凭借其卓越的性能和丰富的特性，在众多应用场景中展现出强大的竞争力。

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产品概述

NCP51563 是一款隔离式双通道栅极驱动器，具有 4.5 - A/9 - A 的源极和灌极峰值电流。它专为快速开关而设计，能够高效驱动功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 功率开关。该驱动器提供短且匹配的传播延迟，并且具备 5 kVRMS 的内部电流隔离，从输入到每个输出以及两个输出驱动器之间的内部功能隔离，允许高达 1850 VDC 的工作电压。此外，ENA/DIS 引脚可根据设置同时关闭两个输出，还具备独立的欠压锁定（UVLO）保护和死区时间调整功能。

产品特性亮点

灵活的配置选项

NCP51563 支持双低端、双高端或半桥栅极驱动配置，能够满足不同应用场景的需求。其 4.5 - A 峰值源电流和 9 - A 峰值灌电流输出能力，为功率开关的驱动提供了充足的动力。

独立的 UVLO 保护

每个输出驱动器都具备独立的 UVLO 保护，输出电源电压范围为 6.5 V 至 30 V，针对 MOSFET 和 SiC 分别提供 5 - V、8 - V、13 - V 和 17 - V 的 UVLO 阈值，有效保障了驱动器在不同电源电压下的稳定运行。

高共模瞬态抗扰度

CMTI > 200 V/ns 的共模瞬态抗扰度，使得驱动器在复杂的电磁环境中能够保持稳定的输出，减少干扰对系统的影响。

低延迟和失真

典型的 36 ns 传播延迟以及每通道最大 5 ns 的延迟匹配和最大 5 ns 的脉冲宽度失真，确保了驱动器能够快速、准确地响应输入信号，提高了系统的开关速度和效率。

用户可编程功能

用户可以通过 ANB 引脚选择单输入或双输入模式，还能对死区时间进行编程，实现个性化的设计需求。

隔离与安全特性

满足 UL1577 要求的 5 kVRMS 隔离 1 分钟，以及 VDE0884 - 11 要求的 8000 VPK 加强隔离电压，同时具备 CQC 认证和 SGS FIMO 认证，为系统的安全运行提供了可靠保障。

典型应用场景

NCP51563 的应用范围十分广泛，涵盖了电机驱动、DC - DC 和 AC - DC 电源中的隔离式转换器、服务器、电信和工业基础设施、UPS 和太阳能逆变器等领域。其高性能和可靠性使得它成为这些应用中的理想选择。

电气特性分析

电源部分

在输入侧电源（VDD）方面，静态电流在不同输入条件下表现稳定，工作电流在 500 kHz、50% 占空比、CoUT = 100 pF 的测试条件下，典型值为 7.15 mA。同时，VDD 具备欠压锁定功能，正阈值典型值为 2.8 V，负阈值典型值为 2.7 V，滞回电压典型值为 0.1 V。

在驱动器侧电源（VCCA 和 VCCB）方面，静态电流和工作电流也因输入条件和 UVLO 版本的不同而有所差异。不同 UVLO 版本的 VCCA 和 VCCB 欠压锁定阈值和滞回电压也各有特点，例如 5 - V UVLO 版本的正阈值典型值为 6.0 V，负阈值典型值为 5.7 V，滞回电压为 0.3 V。

逻辑输入部分

INA、INB 和 ANB 引脚的输入信号电压范围为 - 0.3 V 至 20 V，ENA/DIS 引脚的输入信号电压范围为 - 0.3 V 至 5.5 V。对于 ENABLE 版本和 DISABLE 版本，ENA/DIS 引脚的高、低电平阈值和滞回电压也有明确的规定。

死区时间和重叠部分

最小死区时间在 DT 引脚悬空时典型值为 10 ns，死区时间可通过外部电阻 RDT 进行调整，例如 RDT = 20 kΩ 时，死区时间典型值为 200 ns。此外，还规定了 OUTA 和 OUTB 重叠时的 DT 阈值电压范围。

栅极驱动部分

OUTA 和 OUTB 的源极和灌极峰值电流在不同测试条件下有明确的参数，输出电阻在高电平和低电平状态下也有相应的典型值。高、低电平输出电压在负载电流为 100 mA 时也有具体的数值。

动态电气特性

在动态特性方面，导通和关断传播延迟在不同电源电压和负载电容条件下有所不同，脉冲宽度失真最大为 5 ns，通道间传播延迟失配最大为 5 ns。上升和下降时间也受电源电压和负载电容的影响，ENABLE 或 DISABLE 到 OUTx 的导通/关断传播延迟同样与电源电压有关。

保护功能详解

欠压锁定保护

NCP51563 为 VDD 和 VCCA、VCCB 提供了欠压锁定保护功能。当 VDD 电源电压大于指定的欠压锁定阈值电压（典型值为 2.8 V），且 ENA/DIS 引脚处于相应的高或低电平状态时，驱动器才能正常运行。同时，VCCA 和 VCCB 每个通道的电源电压也需要大于指定的 UVLO 阈值水平，输出才能根据输入信号正常工作。

交叉导通保护

在半桥类型的死区时间（DT）控制模式下，交叉导通保护功能可以防止高、低端开关同时导通，避免短路故障的发生。而当 DT 引脚连接到 VDD 时，允许高、低端开关同时导通，以实现全拓扑的灵活性。

可编程死区时间控制

通过 DT 引脚，NCP51563 提供了三种死区时间控制模式。在 MODE - A 中，当 DT 引脚悬空时，最小死区时间典型值为 10 ns，不允许两个驱动器输出之间发生交叉导通；在 MODE - B 中，死区时间由外部电阻 RDT 控制，计算公式为 DT (in ns) = 10 × RDT (in kΩ)；在 MODE - C 中，当 DT 引脚连接到 VDD 时，允许两个输出之间发生重叠。

应用信息与设计建议

电源供应

在电源供应方面，VCCA 和 VCCB 引脚应使用至少为栅极电容 10 倍且不小于 100 nF 的电容进行旁路，并且应尽可能靠近器件放置，以实现去耦。建议使用 100 nF 的陶瓷表面贴装电容和几个微法的表面贴装电容并联。此外，在初始启动时，VCCX 从 5 - V 上升到 6 - V 的时间应至少为 16 μs。

输入级

NCP51563 的输入信号引脚基于 TTL 兼容的输入阈值逻辑，与 VDD 电源电压无关。建议在输入信号引脚添加 RC 滤波器，以减少系统噪声和接地反弹的影响。选择的 RIN 范围为 0 至 100 Ω，CIN 范围为 10 pF 至 100 pF，同时需要注意在良好的抗噪性和传播延迟之间进行权衡。

输出级

输出驱动器级采用上拉和下拉结构，上拉结构由 PMOS 级组成，确保能够完全拉到 VCC 轨；下拉结构由 NMOS 器件组成。在 25°C 时，上拉和下拉开关的输出阻抗能够提供约 +4.5 A 和 - 9 A 的峰值电流，在 - 40°C 时，最小灌电流和源电流分别为 - 7 A 和 +2.6 A。

驱动电流能力考虑

在设计过程中，需要确保峰值源电流和灌电流能力大于平均电流。可以根据公式计算所需的驱动器电流额定值，以满足在指定时间内切换的最大栅极电荷需求。

栅极电阻考虑

栅极电阻的大小应根据减少寄生电感和电容引起的振铃电压来选择，但同时会限制栅极驱动器输出的电流能力。可以通过相应的公式计算由导通和关断栅极电阻引起的受限电流能力值。

输出级负偏置应用

对于 SiC MOSFET 的应用，需要考虑其独特的工作特性。为了抑制栅源驱动电压的振铃，防止意外导通和直通故障，可以在栅极驱动上施加负偏置。文中介绍了两种实现负偏置的方法，一种是使用两个隔离偏置电源，另一种是在隔离电源上使用齐纳二极管。

PCB 布局指南

元件放置

在 PCB 布局时，应尽量缩短输入/输出走线，减少寄生电感和电容的影响。避免使用过孔，以保持低信号路径电感。电源旁路电容和栅极电阻应尽可能靠近栅极驱动器放置，同时将栅极驱动器与开关器件靠近，以减少走线电感，避免输出振铃。

接地考虑

在高速信号层下方设置实心接地平面，在 VSSA 和 VSSB 引脚旁边设置实心接地平面，并使用多个 VSSA 和 VSSB 过孔，以减少寄生电感，降低输出信号的振铃。

高压隔离考虑

为了确保初级和次级侧之间的隔离性能，不应在驱动器器件下方放置任何 PCB 走线或铜层。建议在 PCB 上进行切口，以防止可能影响 NCP51563 隔离性能的污染。

总结

NCP51563 作为一款高性能的隔离式双通道栅极驱动器，凭借其丰富的特性、出色的电气性能和完善的保护功能，为电子工程师在功率开关驱动设计中提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择电源、输入输出配置和 PCB 布局，以充分发挥 NCP51563 的优势，实现系统的高效、稳定运行。你在使用 NCP51563 或其他栅极驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。