[FAQ] [参考译文] [常见问题解答] UCC27517A-Q1：为什么要在汽车 PTC 模块中将分立式栅极驱动器替换为低侧驱动器 IC？

在混合动力电动汽车/电动汽车(HEV/EV)中、不会像内燃机(ICE)车辆那样使用发动机来运行加热和冷却系统。 为了替代此功能、使用了两个关键系统：一个 BLDC 电机旋转空调压缩机、另一 个正温度系数(PTC)加热器 加热冷却液。

PTC 加热器依靠高压电池运行、可能需要几千瓦的功率。 图1显示了由低侧 MOSFET/IGBT 电源开关驱动的典型 PTC 加热器的方框图。

图1：汽车内部加热器模块的方框图

传统上、双极结型晶体管(BJT)图腾柱用于驱动低侧配置中的电源开关。 但是、由于栅极驱动器 IC 具有优势和其他特性、因此越来越多地取代了这些分立式解决方案。 图2显示了典型的 BJT 图腾柱配置与典型的栅极驱动器 IC。

图2：BJT 图腾柱(左)与栅极驱动器 IC、UCC27517A-Q1 (右)

分立式电路的一个最大缺点是它不提供保护、而栅极驱动器 IC 集成了对确保可预测和稳健的栅极驱动至关重要的功能。 UCC27517A-Q1符合汽车级 AEC-Q100标准、内置欠压锁定(UVLO)功能。 此集成特性会钳制 UCC27517A-Q1的输出、从而防止开关和 MOSFET 输出端的漏源电压。 一旦电源电压达到 UVLO 上升阈值、驱动器将能够为电源开关提供电流。

相比之下、BJT 图腾柱允许 MOSFET 上出现压降、而漏极电流显著上升。 电流的这种上升会导致过多的功率耗散、并可能损坏 MOSFET。

图3显示了两个 MOSFET 在3.3V 启动时的热感图像。 左侧是由 UCC27517A-Q1驱动的 MOSFET、右侧是由 BJT 图腾柱驱动的 MOSFET。 由于 BJT 图腾柱未集成 UVLO，因此会因功率耗散增加而使 MOSFET 过热。

图3：由 UCC27517A-Q1驱动的 MOSFET (左)和由 BJT 图腾柱驱动的 MOSFET (右)在3.3V 启动期间的热像

分立式 BJT 图腾柱电路中可以添加外部 UVLO 电路、但它会进一步增加元件数量、从而实现更大的电路板尺寸和更高的 BOM 成本。 与分立式栅极驱动实现方案相比、UCC27517A-Q1等栅极驱动器 IC 需要更少的组件、占用的 PCB 空间更小。 图4突出显示了 UCC27517A-Q1的 PCB 布局(左侧)与分立式低侧栅极驱动器的 PCB 布局(右侧)。

图4：UCC27517A-Q1的 PCB 布局(左)和分立式低侧栅极驱动器的 PCB 布局(右)

UCC27517A-Q1布局由五个组件组成、而 BJT 图腾柱布局由10个组件组成。 与栅极驱动器 IC 布局相比、分立式布局可减少约65%的面积。 组件更少的更小总体布局会消耗更小的 PCB 空间、从而降低成本并提高功率密度。

对于多通道解决 方案、UCC27524A-Q1是一款双通道低侧驱动器、可用于驱动多个电源开关。

参考文献和其他文献：

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• 如何为混合动力汽车/电动汽车设计加热和冷却系统
• 具有 UVLO 的低侧栅极驱动器与 BJT 图腾柱的比较
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• UCC27712-Q1：为何要在汽车空调压缩机模块中将三相桥式驱动器替换为半桥式驱动器？