安森美NCP5156x隔离双通道栅极驱动器评估板使用指南

在电力电子设计领域，栅极驱动器是驱动功率开关管的关键组件，其性能直接影响到整个系统的效率和稳定性。安森美（onsemi）的NCP5156x系列隔离双通道栅极驱动器以其出色的性能和灵活的配置，成为众多工程师的首选。本文将详细介绍NCP5156x评估板的使用方法，帮助工程师更好地了解和应用这一产品。

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一、产品概述

NCP5156x是一系列隔离双通道栅极驱动器，具有4.5A/9A的源极和漏极峰值电流，专为快速开关设计，可用于驱动功率MOSFET和SiC MOSFET功率开关。该系列驱动器具有短且匹配的传播延迟，输入到每个输出之间有5 kVRMS的内部电流隔离，两个输出驱动器之间有内部功能隔离，允许高达1500 VDC的工作电压。此外，NCP5156x还提供独立的欠压锁定（UVLO）保护和死区时间调整功能。

1.1 关键特性

• 灵活配置：支持双低侧、双高侧或半桥栅极驱动配置。
• 独立UVLO保护：为两个输出驱动器提供独立的欠压锁定保护。
• 宽输出电源电压范围：输出电源电压范围为6.5 V至30 V，针对MOSFET和SiC MOSFET提供不同的UVLO阈值。
• 高电流驱动能力：具有4.5A的峰值源电流和9A的峰值漏电流。
• 高共模瞬态抗扰度：CMTI > 200 V/ns。
• 低传播延迟：典型传播延迟为36 ns，每通道最大延迟匹配为5 ns，最大脉冲宽度失真为5 ns。
• 用户可编程输入逻辑：支持单输入或双输入模式，可通过ANB引脚进行配置。
• 用户可编程死区时间：可根据需要调整死区时间。
• 多种封装形式：提供Type - A（TO - 220、TO - 3P、TO - 247、D - PAK和D2PAK）、Type - B（TO - 247 - 4L）和Type - C（D2PAK - 7L）等多种封装形式。

二、评估板操作

2.1 连接外部设备

使用NCP51561评估板（EVB）时，可通过安装的测试点或在连接器中安装电线来进行外部连接。主要连接包括模拟电源电压、输入信号、输出负载和监测设备。

2.2 电源和接地

• 初级侧电源：EVM的初级侧（VDD）由3 - 5.0 V的单电源供电，通过J2连接。可通过测试点（TP6和TP7）监测初级电源。
• 次级侧电源：EVM为通道A和B的输出侧电源（VCCA、VSSA、VCCB和VSSB）提供连接，对于5V UVLO版本，电源电压范围为6.5 - 30V。VCCA和VCCB可分别通过TP3和TP11进行监测。为了去耦，VCCA和VCCB引脚应使用至少为栅极电容10倍、大于100 nF的电容进行旁路，并尽可能靠近器件放置。建议使用两个电容，一个大于100 nF的陶瓷表面贴装电容和一个几微法的钽电容或电解电容并联。

2.3 输入和输出连接

• 初级侧电源连接：将初级侧电源连接到VDD连接器[J2]。
• 次级侧电源连接：将次级侧电源连接到VccA和VCCB连接器[J9和J13]。
• 输入信号连接：将INA信号连接到SIGNAL连接器[J1 - 1和J4]，将INB信号连接到SIGNAL连接器[J1 - 2和J5]，将ENABLE或DISABLE信号连接到ENA/DIS连接器[J1 - 3和J15]，将ANB信号连接到ANB跳线[J11]。

2.4 其他型号使用注意事项

• NCP51560：拆除NCP51561单元，焊接要测试的NCP51560选项。请勿使用与ANB引脚相关的任何功能。
• NCP/V51563：拆除NCP51561单元，焊接要测试的NCP51563/NCV51563选项，其余保持不变。

三、评估板跳线设置

评估板的跳线设置可根据不同的应用需求进行调整，具体设置如下表所示：	Jumper		Jumper Setting Options	Default Setting
J4 - INA	Option1	Jumper not installed, INA/PWM signal provided by external signal and this pin is default low if left open	Option1
	Option2	Jumper on J4 - INA - 2 and J4 - INA - 3 set INA low
	Option3	Jumper on J4 - INA - 2 and J4 - INA - 1 set INA high
J5 - INB	Option1	Jumper not installed, INB signal provided by external signal and this pin is default low if left open	Option1
	Option2	Jumper on J5 - INB - 2 and J5 - INB - 3 set INB low
	Option3	Jumper on J5 - INB - 2 and J5 - INB - 1 set INB high
J11 - ANB	Option1	Jumper on J11 - ANB - 2 and J11 - ANB - 4 set ANB low for dual input mode	Option1
	Option2	Jumper on J11 - ANB - 1 and J11 - ANB - 3 set ANB high for single input (PWM) mode
J15 - ENA/DIS	Option1	Jumper not installed, DISABLE signal provided by external signal and this pin is default low if left open	Option2
	Option2	Jumper on J15 - ENA/DIS - 2 and J15 - ENA/DIS - 3 set DISABLE low (Or ENABLE low)
	Option3	Jumper on J15 - ENA/DIS - 2 and J15 - ENA/DIS - 1 set DISABLE high (Or ENABLE high)
T.P1	Option1	Jumper on T.P1 - 1 and T.P1 - 2 for half - bridge application	Option2
	Option2	Jumper off T.P1 - 1 and T.P1 - 2 for bench test.
T.P2	Option1	Jumper on T.P2 - 1 and T.P2 - 2 and jumper on J16 - 2 and J16 - 4 for single power supply (VCCA = VCCB)	Option1
	Option2	Jumper on T.P2 - 1 and T.P2 - 2 and and jumper on J16 - 1 and J16 - 3 for VCCA bootstrap supply
T.P3	Option1	Jumper on T.P3 - 1 and T.P3 - 2 for single power supply (e.g. VSSA = VSSB)	Option1
	Option2	Jumper off T.P3 - 1 and T.P3 - 2 for dual power supply
T.P4 T.P5	Option1	Jumper on T.P4 - 1 and T.P4 - 2 for negative gate drive bias.	Option2
	Option2	Jumper on T.P5 - 1 and T.P5 - 2 for unipolar gate drive.
T.P6 T.P7	Option1	Jumper on T.P6 - 1 and T.P6 - 2 for negative gate drive bias.	Option2
	Option2	Jumper on T.P7 - 1 and T.P7 - 2 for unipolar gate drive.

四、评估板上电和下电步骤

4.1 上电步骤

1. 如果不使用半桥应用，可通过T.P3的1和2引脚之间的线桥将VSSA引脚连接到VSSB引脚。
2. 启用初级侧VDD连接器J2的引脚1的电源。
3. 启用次级侧VCCA连接器J9的引脚1和VCCB连接器J13的引脚1的电源。如果设置正确，DMM1和DMM2上测量的VCCA和VCCB的静态电流范围为0.5 mA至约1.0 mA。
4. 负栅极驱动偏置实现示例：如果使用负栅极驱动偏置，应通过T.P4和T.P6的1和2引脚之间的线桥将开关源引脚（S2A和S2B）连接到ZD1和ZD2引脚；如果使用单极栅极驱动（默认），应通过T.P5和T.P7的1和2引脚之间的线桥将开关源引脚（S2A和S2B）连接到VSSA和VSSB引脚。
5. 启用函数发生器的两通道输出（通道A和通道B）。
6. 示波器上通道A和通道B将出现稳定的脉冲输出，示波器频率测量结果应与函数发生器输出相同，在无负载条件下，DMM #1和#2的读数应约为3 mA ±1 mA。

4.2 下电步骤

1. 禁用函数发生器。
2. 禁用次级侧VCCA和VCCB的电源。
3. 禁用初级侧VDD的电源。
4. 断开电缆和探头。

五、性能测试

5.1 输入信号配置

NCP51561允许通过ANB引脚改变输入信号引脚配置，提供单输入 - 双输出或双输入 - 双输出等工作模式。通过实验波形可以观察到ANB功能在有和没有死区时间控制时的不同表现。

5.2 保护功能

• ENABLE和DISABLE功能：ENA/DIS引脚电压在正常操作中变为低电平时，即使输入信号INA和INB为高电平，两个驱动器输出也会立即关闭。
• 欠压锁定保护：NCP51561为初级侧VDD和次级侧VCCA、VCCB提供欠压锁定（UVLO）保护功能。测试结果表明，VDD的UVLO开启和关闭阈值电压分别约为2.8 V和2.7 V，VCCX的UVLO开启和关闭阈值电压分别约为6.0 V和5.7 V。

5.3 死区时间配置

• DT引脚浮空或开路：两个通道输出（OUTA和OUTB）之间的死区时间通常约为10 ns，可防止直通。
• DT引脚连接到VDD：当DT引脚连接到VDD时，允许两个开关同时导通。
• DT引脚连接到RDT：在死区时间控制模式下，不允许两个开关同时导通，两个输出之间的死区时间根据DT（ns） = 10 x RDT（k）设置。

5.4 输出驱动类型选择

SiC MOSFET需要更高的正栅极驱动电压（+20 V）和负关断栅极电压（ - 2 V至 - 6 V）。可通过连接开关源引脚到Zener二极管或VSS引脚来选择单极或负偏置输出驱动类型。

5.5 输出驱动电流能力

在25°C时，当供应电压（VCCA和VCCB）为12 V时，源极和漏极峰值电流驱动能力分别约为4.0 A和10 A。

5.6 ESD结构

NCP51561的ESD保护组件由多个二极管组成，说明了该器件的绝对最大额定值。

六、总结

安森美NCP5156x隔离双通道栅极驱动器评估板为工程师提供了一个方便的平台，用于评估和验证该系列驱动器的性能。通过合理的跳线设置、正确的上电和下电步骤以及全面的性能测试，工程师可以深入了解NCP5156x的特点和优势，为实际应用提供有力的支持。在使用评估板时，务必遵循相关的安全注意事项，确保测试过程的安全和可靠。你在使用NCP5156x评估板时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。