發布日期：2022-04-28 點擊率：108
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IGBT/MOSFET等全控型開關器件在現代電力電子系統中的應用日趨廣泛，相應的驅動芯片集成度也越來越高，其中欠壓保護功能由于可以防止開關管在門極電壓較低時飽和導通，被各大驅動芯片公司集成到了自家的驅動芯片上。本文以TI的UCC5320驅動芯片為例，介紹欠壓保護的作用。另外，在雙電源供電時欠壓保護功能可能會失效，而UCC5320E在雙電源供電時依然可以實現欠壓保護。
一、欠壓保護的重要性
圖1顯示了在一個固定Vds下，門極電壓Vgs會如何影響MOSFET。虛線的右邊是飽和區，在這個區域里漏極電流不受漏源電壓Vds的影響，只取決于門極電壓Vgs。MOSFET工作在飽和區域時功耗較大，因為此時它同時流過大電流承受大電壓。虛線的左邊是線性區，此時MOSFET相當于一個小電阻，可以流過大電流而不在漏源兩端產生大的電壓差。對于大電流的應用場合，讓MOSFET工作在飽和區是非常危險的，因為此時其功耗會非常大。帶欠壓保護UVLO功能的驅動芯片可以防止MOSFET/IGBT飽和導通，保證其工作在安全區域。
圖1. MOSFET的IV曲線
圖2是由BJT三極管構成的MOSFET的驅動電路，這個電路沒有欠壓保護功能，由于供電只有3.3V，當上部的三極管導通時，MOSFET的門極只有3.3V電壓，其很容易進入飽和區，MOSFET發熱嚴重。
圖2. BJT驅動電路
UCC5320是TI推出的單通道隔離驅動，有兩個版本UCC5320SC和UCC5320EC，見圖3。他們都有欠壓保護功能，當VCC2電壓低于12V時，其內部邏輯電路會使得輸出OUT始終為低，避免MOSFET/IGBT進入飽和導通區域。
圖3. UCC5320框圖
圖4是在3.3V供電情況下（原副邊都是3.3V），用UCC5320和BJT驅動電路驅動MOSFET的發熱情況。由于UCC5320在VCC2電壓低于12V時輸出始終為低，避免了MOSFET出現過熱（圖4左邊），右邊是BJT驅動電路驅動MOSFET，因為沒有欠壓保護，MOSFET發熱非常嚴重。
圖4. UCC5320驅動MOSFET（左）和BJT驅動MOSFET（右）溫度圖
二、雙電源供電時欠壓保護電路的注意事項
UCC5320可以通過給VCC2供正電壓，VEE2供負電壓來實現雙電源供電，這個正負電壓是相對于被驅動IGBT的射極/MOSFET的源極而言的，當關斷MOSFET時，Vgs為負值，這樣可以避免MOSFET在米勒效應下誤導通。IGBT常見的雙電源供電為+15V和-8V，SiCFET常見的雙電源供電為20V和-5V.
對于UCC5320S而言，其內部UVLO電路的判斷標準是VCC2對VEE2的電壓，若其高于12V則不會觸發UVLO。當VEE2為-8V時，只要VCC2高于4V則不會觸發UVLO，此時MOSFET的驅動電壓Vgs只有4V，很容易進入飽和導通從而導致損耗嚴重。也就是說雙電源供電時UCC5320S的欠壓保護功能（UVLO）是失效的。
圖5. UCC5320S內部電路示意圖
UCC5320E的內部電路示意圖如下，其內部UVLO電路的判斷標準是VCC2對GND2的電壓，一般會把GND2和被驅動的MOSFET的源極連到一起，這樣就可以保證只有在VCC2>12V即Vgs>12V時驅動MOSFET，避免了MOSFET飽和導通。
圖6. UCC5320E內部電路示意圖
三、結論
1. 欠壓保護功能可以避免MOSFET/IGBT進入飽和導通區域，避免了大的損耗和發熱。
2. 在雙電源供電的情況下，很多類似于UCC5320S的驅動芯片的欠壓保護功能會失效，而TI的UCC5320E由于有專門的GND2可以直接連到MOSFET的源極，其欠壓保護功能依然能正常工作。
References
[1]. UCC5320 DATASHEET (SLLSER8E)
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