為什么要在汽車(chē)PTC模塊中用低側(cè)驅(qū)動(dòng)器IC替換分立式柵極驅(qū)動(dòng)器

在混合動(dòng)力汽車(chē)/電動(dòng)汽車(chē)(HEV/EV)中，發(fā)動(dòng)機(jī)并不會(huì)被用來(lái)運(yùn)行加熱和冷卻系統(tǒng)，這與內(nèi)燃機(jī)(ICE)汽車(chē)情況不同。我們使用兩個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)來(lái)替代這一功能：使用BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)，使用正溫度系數(shù) (PTC) 加熱器來(lái)加熱冷卻劑。

PTC加熱器依靠高壓電池來(lái)運(yùn)行，需要幾千瓦的功率。圖1顯示了由低側(cè)MOSFET/IGBT電源開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)的典型PTC加熱器方框圖。

圖1：汽車(chē)內(nèi)部加熱器模塊的方框圖

過(guò)去，使用雙極結(jié)型晶體管(BJT)圖騰柱驅(qū)動(dòng)低側(cè)配置中的電源開(kāi)關(guān)。但是，由于柵極驅(qū)動(dòng)器IC的諸多優(yōu)勢(shì)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(dòng)器IC。

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

分立式電路的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是它不提供保護(hù)，而柵極驅(qū)動(dòng)器IC集成了對(duì)于確保可預(yù)測(cè)和穩(wěn)定的柵極驅(qū)動(dòng)非常重要的功能。UCC27517A-Q1 符合汽車(chē)級(jí) AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置欠壓鎖定 (UVLO) 功能。這個(gè)集成功能會(huì)鉗制UCC27517A-Q1的輸出，從而防止開(kāi)關(guān)及其輸出端的MOSFET上出現(xiàn)漏源極電壓。電源電壓達(dá)到UVLO上升閾值之后，驅(qū)動(dòng)器可以向電源開(kāi)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(huì)顯著上升。電流上升會(huì)導(dǎo)致功耗過(guò)大，并可能損壞MOSFET。

圖3顯示了在3.3V啟動(dòng)時(shí)兩個(gè)MOSFET的熱感圖像。左側(cè)是由UCC27517A-Q1驅(qū)動(dòng)的MOSFET，右側(cè)是由BJT圖騰柱驅(qū)動(dòng)的MOSFET。由于BJT圖騰柱未集成UVLO，所以會(huì)因功耗增加而使MOSFET過(guò)熱

圖3：UCC27517A-Q1驅(qū)動(dòng)的MOSFET（左）和BJT圖騰柱驅(qū)動(dòng)的MOSFET（右）在3.3V啟動(dòng)時(shí)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(huì)進(jìn)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(dòng)方案相比，柵極驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)器的PCB布局（右）

UCC27517A-Q1布局由五個(gè)元件組成，而B(niǎo)JT圖騰柱布局由10個(gè)元件組成。與分立式布局相比，柵極驅(qū)動(dòng)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(duì)于多通道解決方案，UCC27524A-Q1 是一個(gè)雙通道、低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，可用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)電源開(kāi)關(guān)。

審核編輯：郭婷