[参考译文] UCC23313：光耦合器的开关频率范围

您好、***、

这是一个很好的问题。

[引用 user="Furkan Eroglu"]那么此 IC 和 UCC23313 是否能够在150kHz %90占空比下工作？

简短答案：是的、UCC23313可以在150kHz 下运行。

长答：是的、具体取决于您正在驱动的负载/器件。 D-1关断周期表示脉宽为~660ns、UCC23313肯定能够做到这一点。

[引述 USER="Furkan Eroglu"]如何了解光耦合器的频率范围？
[/报价]

UCC23313可在>150kHz 的频率下正常运行。 数据表不仅提供了类似的频率范围、这是有原因的。 它非常依赖于设计。

我将在下面提供更多信息：

[引用用户="Furkan Eroglu"]

做什么  

•  传播延迟
•  部件间延迟匹配
•  脉宽失真  

术语是什么意思？

[/报价]

传播延迟是从输入到栅极驱动器输出的延迟、即输入高值的50%到输出高值(或低值)的50%。

器件间延迟匹配用于衡量、如果您有同一栅极驱动器 IC 的二进制文件、它们的传播距离将是多近。 延迟匹配？

脉宽失真度用于测量上升和下降延迟之间的差值。  

死区时间是指高侧/低侧都关断(例如半桥、全桥)的时间。 随着死区时间的增加、效率会降低。

其目的是提供裕度。 您希望提供足够的安全死区时间裕度、以便确保高侧和低侧 FET 导通、这是短路、可能会对 FET 和系统其余部分造成灾难性损坏。

本质上、您希望这些数字尽可能低。 但为什么呢？ 简而言之、如果您正在驱动半桥、全桥等、并且具有用于驱动高侧和低侧的相同驱动器、则可以通过最大限度地缩短死区时间来提高系统效率。  

如果您的上升和下降时间不完全匹配、导致脉宽失真更高、则必须增加死区时间、就像下降时间更长一样、您必须提供额外的裕度以确保两者不会同时导通。

如果您的典型传播延迟非常低、但您的部件间延迟匹配非常差、这同样糟糕。 在这种情况下、您仍然必须提供更长的死区时间。

[引述 USER="Furkan Eroglu"]如何了解光耦合器的频率范围？
[/报价]

单个栅极驱动器的最大工作频率基本上取决于您驱动负载的速度。 关键参数是输出的上升/下降时间。 这取决于负载、峰值拉电流/灌电流 VDD、并根据固定负载和 VDD 进行规格。   用于表征这些参数的测试台位于数据表的第7.1节。 您将注意到 HCPL3180还指定了1nF 的 CL。

如果您使用多个栅极驱动 器实现半桥/全桥、则脉宽失真成为限制运行频率的重要参数。 因为电路中必须具有的最短死区时间会限制系统的频率。  

此外、栅极驱动器的功率耗散也会限制最大工作频率。 这随频率和负载尺寸(栅极电荷较大)而变化。

UCC23313的额定功率 位于数据表的第6.4节中

根据 PDF 或 HTML 版本的不同、功率公式位于数据表第10.2.2.3或9.2.2.3节中。

话虽如此、UCC23313与 Avago/Broadcom 器件相比具有出色的计时参数、因此 UCC23313能够以比其他器件更高的频率运行。

简单来说、器件间传播延迟匹配和脉宽失真明显更低。 除此之外、由于所使用的隔离类型、UCC2332的时序将保持恒定。 由于光耦合器老化、Broadcom 部件的计时性能会随着时间的推移而恶化。  

坦率地说、UCC23313是设计更低死区时间、更高频率运行的更好选择。

总之、UCC23313可在>200kHz 的频率下运行、并且在相同负载和 VDD 下可支持比 HCCPL3180更高的频率和更短的死区时间。 请记住重要参数：在确定最大频率时、负载、上升/下降时间、脉宽失真、器件间传播延迟偏差

时间数字来自以下链接的这一优秀资源。 它专门针对 SiC/IGBT 应用、但同样有助于了解如何驱动 MOSFET。 建议您查看。 这是一个很好的资源、可以随时了解权衡和关键参数。  http://www.ti.com/lit/ml/slyy169/slyy169.pdf#page=13

但愿这对您有所帮助。 如果您的问题已得到解答、请单击绿色按钮让我知道。 如果您有任何疑问、请告知我们！

最好

Dimitri  

Furkan、

首先：如果您使用的是 UCC28950、则不必使用 UCC23313等光兼容栅极驱动器。 基于光模拟/光耦合器的设计需要更高的正向电流(对于此栅极驱动器为7-16mA)、这可能需要额外的缓冲器。 就多个光模拟栅极驱动器的互锁功能而言、从控制器的角度来看、这不是必需的。

您还可以选择我们提供的单通道或双通道 CMOS 输入隔离式栅极驱动器、从而简化您的设计。 由于您使用的控制器已经具有可编程死区时间、因此栅极驱动器中不需要此功能。 如果您选择具有可编程死区时间的一个、也可以将其禁用。

示例：UCC5350 (单通道)  

双通道：UCC21225A (基本隔离)或 UCC21520 (增强型)

即使在高侧最大占空比为90%的情况下、也可以使用自举电路、但您需要特别注意组件的选择。 由于所需的大自举电容器充电时间很短、峰值电流将比固定占空比50%增加、自举二极管的反向恢复特性变得明显、并可能导致问题。

参考的 UCC28950应用手册 表达了在这种情况下使用自举二极管的问题、并提供了有关发生情况的一些详细信息。

我们在这里有一个有关自举电路设计的优秀资源 、其中提供了设计方法、我建议您查看该方法。

选择自举二极管时、请选择快速恢复硅二极管或肖特基二极管。 当占空比如此高时、您将需要尽可能低的反向恢复电荷。

另一种选择是使用基于变压器的隔离式电源、例如反激式或推挽式转换器、这种电源在高占空比应用中不受自举限制、但与自举电路相比、这会增加额外的组件和 BOM 成本。 基于变压器的转换器还可用于生成用于低侧驱动器的隔离式偏置。 由于它们不依赖开关为自举电容器充电、因此能够支持高达100%的占空比。

在此参考设计 SN6506B 中、我们有一些使用 SN650x 推挽转换器生成 btoh 隔离式高侧和低侧偏置的参考设计

TIDA-00446的参考设计页面： http://www.ti.com/tool/TIDA-00446

原理图： http://www.ti.com/lit/df/tidrij3/tidrij3.pdf

应用手册： http://www.ti.com/lit/ug/tiduaz0c/tiduaz0c.pdf#page=3

但愿这对您有所帮助。 如果您的问题已得到解答、请单击绿色按钮。 如果您有更多问题、请告诉我！

此致、

Dimitri

你(们)好  

[引用用户="Furkan Eroglu"]

UCC28950的输出电流还不足以支持 UCC23313的正向电流？ 导致 UCC28950的输出电流几乎为200mA  

[/报价]

正确答案：UCC28950具有驱动强度、可驱动基于光模拟(TI)和光耦合器的栅极驱动器。 在典型 MCU 的一般情况下、可能不支持它。 您可以使用 UCC23313并选择合适的外部电阻器、但实际上没有理由选择 CMOS 输入栅极驱动器。

如果您的问题得到了解答、请单击绿色按钮。 否则、请告诉我您的其他问题。

最好

Dimitri

欢迎您来到 Furkan、

一位同事指出了一些我应该澄清您的问题的事情。

1) 1) UCC28950具有 VDD 8-12V、因此需要一个最高可支持此输入电压电平的栅极驱动器。 因此、我先前建议 的用于 双通道选项的 UCC21220将不起作用、其输入电压范围高达5V。 这是我的监督。

我将修改前面的评论，以反映这一点。 对于双通道选项、请查看 UCC21225A (基本隔离)或 UCC21520 (增强型)。 凭借兼容的输入电压范围、UCC28950和栅极驱动器输入侧可由同一电源供电。

2) 2) CMOS 输入栅极驱动器是最佳选择、因为 UCC28950需要比通常的外部限流电阻器更高的电流、因为 VDD 高达12V。 我们建议在您的应用中使用非光兼容栅极驱动器。

3) 3)之前、您提到 FET 的总栅极电荷为210nC。 我们注意到、这似乎比典型值(通常为10s NC)要高。 您能否告诉我们您计划使用的 FET 器件型号？ 并再次检查该值？

由于功率耗散随栅极电荷 VDD 和频率而变化、因此驱动器中的功率耗散将非常高、在典型15V 电压下驱动210nC 的电容、我的同事注意到、在此设置中、功率耗散大于300mW。 我增加了对热性能的重视。 请确保计算热性能、以确保在运行期间结温不会超过建议值。 请注意、不同的封装会有所不同

参数。 例如、对于 IC UCC53x0器件、D 和 DWV 封装都可以用于相同的器件。  

您能否仔细检查栅极电荷并告知我？  

最好

Dimitri James

Furkan、

您可以使用 CMOS 输入或光模拟。 我们建议使用 CMOS 输入。 光模拟器件本质上是用于直接替代使用光耦合器的传统设计的器件。 对于新设计、典型 CMOS 输入更易于集成。

我们建议查看 的器件为 UCC21225A (基本隔离)或 UCC21520 (增强型)。 UCC5350也可以工作、但它是一个单通道驱动器。

关于您的步骤1-3：隔离(基本与增强型)额定值的选择来自您系统的规格、例如总线电压。 满足某些功能安全标准的需求也可能决定这一点。

以下是有关隔离等级的一个好问题： http://www.ti.com/lit/wp/slyy063/slyy063.pdf

另一个步骤：拓扑/设计是什么、您正在驱动的器件类型等 使用单通道或双通道栅极驱动器进行更好的设计？

例如、如果驱动 IGBT、一些驱动器专门针对具有特殊保护功能的 IGBT。 我是否需要任何返回到控制器的信号？

另一个步骤是从高层/系统级的角度考虑栅极驱动器的特殊功能。 在某些情况下、栅极驱动器集成了保护特性、否则这些特性会在 PCB 上位于外部、这非常方便。

是的、Vishay IRFP460的总栅极电荷相当高、似乎是一款较旧的器件。

您是否能够选择具有更低栅极电荷的不同 MOSFET/超结 MOSFET？

最好

Dimitri

Furkan、  

我无法提供器件建议、因为我不知道您的完整系统、但我将分享一些有关如何查找和选择 MOSFET 的建议。

首先是 DigiKey (或慕斯或箭头)。 该链路连接到单通道 MOSFET。

展开筛选器、然后您可以按 QG、VDS、ID 和 RDSON 进行筛选。 它可以直接显示多个制造商和价格。

您还可以使用 MOSFET 制造商网站查看其产品线。  

另一个想法是、对于您使用的器件、您可以查看栅极驱动器或控制器的参考设计。

使用"设计和开发"选项卡查看使用该栅极驱动器的参考设计、并在 BOM 中搜索设计中使用的 FET/IGBT。 在 UCC21520中

在 UCC21520参考设计案例 中、它们使用了 IPP65R190C7、即具有23nC 栅极电荷的650V MOSFET。 您可以将其用作基础、也可以选择相同的部件(如果它适合您)。

我希望这对您有所帮助、如果您有更多问题、请告知我们。

最好

Dimitri