JAJSKX3A December 2020 – May 2022 UCC27289
PRODUCTION DATA
多くの電子機器やアプリケーションは、ますます多くの電力を消費するようになっています。これらのアプリケーションは、全体のサイズも小型化しています。大電力と小型化の両方を実現する 1 つの方法は、効率を改善するとともに、電力損失を最適に分散することです。これらのアプリケーションの多くは、パワー MOSFET を採用しており、ますます高い周波数でスイッチングされています。パワー MOSFET を高いスイッチング周波数で動作させるとともに、関連するスイッチング損失を低減するために、コントローラの PWM 出力と、パワー半導体デバイス (パワー MOSFET、IGBT、SiC FET、GaN FET など) のゲートとの間に強力なゲート・ドライバを採用します。これらのアプリケーションの多くは、電源半導体デバイスが最適にターンオンおよびターンオフされるようにするために、適切な UVLO 保護を必要とします。また、PWM コントローラがスイッチング・デバイスのゲートを直接駆動できない場合、ゲート・ドライバが不可欠です。デジタル電源の登場に伴って、デジタル・コントローラからの PWM 信号は多くの場合、 3.3V のロジック信号であり、パワー・スイッチを正常にターンオンできないので、この状況がよく発生します。パワー・デバイスを完全にターンオンし、導通損失を最小限にし、スイッチング損失を最小限にするために、3.3V 信号をゲート駆動電圧 (たとえば 12V または 5V) に昇圧するレベル・シフト回路が必要です。トーテムポール配置の NPN/PNP バイポーラ・トランジスタをベースとする従来のバッファ・ドライブ回路は、レベル・シフト機能および低電圧誤動作防止保護がないので、デジタル電源においては不十分であることがわかっています。ゲート・ドライバは、レベル・シフト機能とバッファ・ドライブ機能の両方を効果的に組み合わせています。ゲート・ドライバは、(大電流ドライバ・デバイスを物理的にパワー・スイッチの近くに配置することにより) 高周波スイッチング・ノイズの影響を最小化し、ゲート・ドライブ・トランスを駆動し、フローティング・パワー・デバイス・ゲートを制御するなど、他の問題も解決します。これにより、ゲート電荷の電力損失をコントローラ IC からゲート・ドライバに移動することで、コントローラの消費電力および熱ストレスを低減できます。
UCC27289 ゲート・ドライバは、単一のデバイスで高電圧 (100V)、小さい遅延 (16ns)、優れた駆動能力 (±3A) を実現します。このフローティング・ハイサイド・ドライバは、最大 100V のスイッチ・ノード電圧で動作できます。これにより、ハーフブリッジ、フルブリッジ、同期整流降圧、同期整流昇圧、アクティブ・クランプの各トポロジで N チャネル MOSFET を制御できます。UCC27289 ゲート・ドライバ IC にはブートストラップ・ダイオードが内蔵されているので、ほとんどのアプリケーションでは外部ブート・ダイオードが不要で、VDD電圧からハイサイド・バイアスを生成できます。これにより、ユーザーは基板レイアウトを最適化し、部品コストを削減できます。外部ブートストラップ・ダイオードを使用する場合は、ファースト・リカバリで順方向電圧降下の小さいショットキー・ダイオードが必要です。各チャネルは、それぞれの入力ピン (HI および LI) で制御されるため、出力のオン・オフ状態を柔軟に制御できます。
MOSFET などのスイッチング・パワー・デバイスには、スイッチング損失と導通損失という 2 つの主な損失要素があります。導通損失は、デバイスを流れる電流とデバイスのオン抵抗によって支配されます。スイッチング損失は、スイッチング・デバイスのゲート電荷、スイッチング・デバイスのゲート電圧、スイッチング周波数によって支配されます。動作スイッチング周波数が高いアプリケーションでは、スイッチング損失がシステム全体の効率に影響を及ぼすようになります。このようなアプリケーションでは、スイッチング損失を低減するために、ゲート電圧を低くすることが不可欠です。ゲート電圧はゲート・ドライバ IC の電源電圧によって決定されるため、ゲート・ドライバ IC はこのようなアプリケーションではより低い電源電圧で動作する必要があります。UCC27289- ゲート・ドライバの UVLO レベルは標準値 7.0V であるため、バイアス電圧を 12V から10Vへ、あるいはさらに 9.5V にまで下げる必要があるアプリケーションに最適です。HB UVLO は VDD UVLO よりも低いので、ブートストラップ・ダイオードの電圧降下によってこの低いバイアス電圧での動作が抑止されることはありません。UVLO には十分なヒステリシスが設けられているため、チャタリングや不要なトリップを防止し、システムの堅牢性を向上させることができます。