淺談汽車PTC模塊中用低側(cè)驅(qū)動器IC的作用分析

在混合動力汽車/電動汽車(HEV/EV)中，發(fā)動機并不會被用來運行加熱和冷卻系統(tǒng)，這與內(nèi)燃機(ICE)汽車情況不同。我們使用兩個關(guān)鍵系統(tǒng)來替代這一功能：使用BLDC電機驅(qū)動空調(diào)壓縮機，使用正溫度系數(shù) (PTC) 加熱器來加熱冷卻劑。

PTC加熱器依靠高壓電池來運行，需要幾千瓦的功率。圖1顯示了由低側(cè)MOSFET/IGBT電源開關(guān)驅(qū)動的典型PTC加熱器方框圖。

圖1：汽車內(nèi)部加熱器模塊的方框圖

過去，使用雙極結(jié)型晶體管(BJT)圖騰柱驅(qū)動低側(cè)配置中的電源開關(guān)。但是，由于柵極驅(qū)動器IC的諸多優(yōu)勢及其附加特性，它日益取代了這些分立式解決方案。圖2顯示了典型BJT圖騰柱配置與典型柵極驅(qū)動器IC。

圖2：BJT圖騰柱（左）與柵極驅(qū)動器芯片UCC27517A-Q1（右）

分立式電路的一個顯著缺點是它不提供保護，而柵極驅(qū)動器IC集成了對于確保可預(yù)測和穩(wěn)定的柵極驅(qū)動非常重要的功能。UCC27517A-Q1符合汽車級 AEC-Q100 標準，內(nèi)置欠壓鎖定 (UVLO) 功能。這個集成功能會鉗制UCC27517A-Q1的輸出，從而防止開關(guān)及其輸出端的MOSFET上出現(xiàn)漏源極電壓。電源電壓達到UVLO上升閾值之后，驅(qū)動器可以向電源開關(guān)提供電流。

相比之下，BJT圖騰柱允許MOSFET產(chǎn)生壓降，但漏極電流會顯著上升。電流上升會導(dǎo)致功耗過大，并可能損壞MOSFET。

圖3顯示了在3.3V啟動時兩個MOSFET的熱感圖像。左側(cè)是由UCC27517A-Q1驅(qū)動的MOSFET，右側(cè)是由BJT圖騰柱驅(qū)動的MOSFET。由于BJT圖騰柱未集成UVLO，所以會因功耗增加而使MOSFET過熱

圖3：UCC27517A-Q1驅(qū)動的MOSFET（左）和BJT圖騰柱動的MOSFET（右）在3.3V啟動時的熱感圖像

分立式BJT圖騰柱電路中可增加外部UVLO電路，但這會進一步增加元件數(shù)，從而導(dǎo)致電路板尺寸更大和BOM成本更高。與分立式柵極驅(qū)動方案相比，柵極驅(qū)動器IC（例如，UCC27517A-Q1）需要的元件更少，并且占用更少的PCB空間。圖4突出顯示了UCC27517A-Q1的PCB布局（左）與分立式低側(cè)柵極驅(qū)動器的PCB布局（右）。

圖4：UCC27517A-Q1的PCB布局（左）與分立式低側(cè)柵極驅(qū)動器的PCB布局（右）

UCC27517A-Q1布局由五個元件組成，而BJT圖騰柱布局由10個元件組成。與分立式布局相比，柵極驅(qū)動器IC布局可以減少大約65%的面積。具有更少元件的更小總體布局使用的PCB空間更小，從而可降低成本和提高功率密度。

對于多通道解決方案，UCC27524A-Q1是一個雙通道、低側(cè)驅(qū)動器，可用于驅(qū)動多個電源開關(guān)。

編輯：hfy