門驅(qū)動的欠壓保護功能及其注意事項

IGBT/MOSFET等全控型開關(guān)器件在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用日趨廣泛，相應(yīng)的驅(qū)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(guān)管在門極電壓較低時飽和導(dǎo)通，被各大驅(qū)動芯片公司集成到了自家的驅(qū)動芯片上。本文以TI的UCC5320驅(qū)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(xiàn)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(qū)，在這個區(qū)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(qū)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(qū)，此時MOSFET相當(dāng)于一個小電阻，可以流過大電流而不在漏源兩端產(chǎn)生大的電壓差。對于大電流的應(yīng)用場合，讓MOSFET工作在飽和區(qū)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(qū)動芯片可以防止MOSFET/IGBT飽和導(dǎo)通，保證其工作在安全區(qū)域。

圖1. MOSFET的IV曲線

圖2是由BJT三極管構(gòu)成的MOSFET的驅(qū)動電路，這個電路沒有欠壓保護功能，由于供電只有3.3V，當(dāng)上部的三極管導(dǎo)通時，MOSFET的門極只有3.3V電壓，其很容易進入飽和區(qū)，MOSFET發(fā)熱嚴(yán)重。

圖2. BJT驅(qū)動電路

UCC5320是TI推出的單通道隔離驅(qū)動，有兩個版本UCC5320SC和UCC5320EC，見圖3。他們都有欠壓保護功能，當(dāng)VCC2電壓低于12V時，其內(nèi)部邏輯電路會使得輸出OUT始終為低，避免MOSFET/IGBT進入飽和導(dǎo)通區(qū)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(qū)動電路驅(qū)動MOSFET的發(fā)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(xiàn)過熱（圖4左邊），右邊是BJT驅(qū)動電路驅(qū)動MOSFET，因為沒有欠壓保護，MOSFET發(fā)熱非常嚴(yán)重。

圖4. UCC5320驅(qū)動MOSFET（左）和BJT驅(qū)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(fù)電壓來實現(xiàn)雙電源供電，這個正負(fù)電壓是相對于被驅(qū)動IGBT的射極/MOSFET的源極而言的，當(dāng)關(guān)斷MOSFET時，Vgs為負(fù)值，這樣可以避免MOSFET在米勒效應(yīng)下誤導(dǎo)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(nèi)部UVLO電路的判斷標(biāo)準(zhǔn)是VCC2對VEE2的電壓，若其高于12V則不會觸發(fā)UVLO。當(dāng)VEE2為-8V時，只要VCC2高于4V則不會觸發(fā)UVLO，此時MOSFET的驅(qū)動電壓Vgs只有4V，很容易進入飽和導(dǎo)通從而導(dǎo)致?lián)p耗嚴(yán)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(nèi)部電路示意圖

UCC5320E的內(nèi)部電路示意圖如下，其內(nèi)部UVLO電路的判斷標(biāo)準(zhǔn)是VCC2對GND2的電壓，一般會把GND2和被驅(qū)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(qū)動MOSFET，避免了MOSFET飽和導(dǎo)通。

圖6. UCC5320E內(nèi)部電路示意圖

三、結(jié)論

1. 欠壓保護功能可以避免MOSFET/IGBT進入飽和導(dǎo)通區(qū)域，避免了大的損耗和發(fā)熱。

2. 在雙電源供電的情況下，很多類似于UCC5320S的驅(qū)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。

審核編輯：郭婷