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(dòng)芯片集成度也越來越高，其中欠壓保護(hù)功能由于可以防止開關(guān)管在門極電壓較低時(shí)飽和導(dǎo)通，被各大驅(qū)動(dòng)芯片公司集成到了自家的驅(qū)動(dòng)芯片上。本文以TI的UCC5320驅(qū)動(dòng)芯片為例，介紹欠壓保護(hù)的作用。另外，在雙電源供電時(shí)欠壓保護(hù)功能可能會(huì)失效，而UCC5320E在雙電源供電時(shí)依然可以實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。

一、欠壓保護(hù)的重要性

圖1顯示了在一個(gè)固定Vds下，門極電壓Vgs會(huì)如何影響MOSFET。虛線的右邊是飽和區(qū)，在這個(gè)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(shí)功耗較大，因?yàn)榇藭r(shí)它同時(shí)流過大電流承受大電壓。虛線的左邊是線性區(qū)，此時(shí)MOSFET相當(dāng)于一個(gè)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(duì)于大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，讓MOSFET工作在飽和區(qū)是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)榇藭r(shí)其功耗會(huì)非常大。帶欠壓保護(hù)UVLO功能的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路，這個(gè)電路沒有欠壓保護(hù)功能，由于供電只有3.3V，當(dāng)上部的三極管導(dǎo)通時(shí)，MOSFET的門極只有3.3V電壓，其很容易進(jìn)入飽和區(qū)，MOSFET發(fā)熱嚴(yán)重。

圖2. BJT驅(qū)動(dòng)電路

UCC5320是TI推出的單通道隔離驅(qū)動(dòng)，有兩個(gè)版本UCC5320SC和UCC5320EC，見圖3。他們都有欠壓保護(hù)功能，當(dāng)VCC2電壓低于12V時(shí)，其內(nèi)部邏輯電路會(huì)使得輸出OUT始終為低，避免MOSFET/IGBT進(jìn)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(dòng)電路驅(qū)動(dòng)MOSFET的發(fā)熱情況。由于UCC5320在VCC2電壓低于12V時(shí)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(dòng)電路驅(qū)動(dòng)MOSFET，因?yàn)闆]有欠壓保護(hù)，MOSFET發(fā)熱非常嚴(yán)重。

圖4. UCC5320驅(qū)動(dòng)MOSFET（左）和BJT驅(qū)動(dòng)MOSFET（右）溫度圖

二、雙電源供電時(shí)欠壓保護(hù)電路的注意事項(xiàng)

UCC5320可以通過給VCC2供正電壓，VEE2供負(fù)電壓來實(shí)現(xiàn)雙電源供電，這個(gè)正負(fù)電壓是相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)IGBT的射極/MOSFET的源極而言的，當(dāng)關(guān)斷MOSFET時(shí)，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(duì)于UCC5320S而言，其內(nèi)部UVLO電路的判斷標(biāo)準(zhǔn)是VCC2對(duì)VEE2的電壓，若其高于12V則不會(huì)觸發(fā)UVLO。當(dāng)VEE2為-8V時(shí)，只要VCC2高于4V則不會(huì)觸發(fā)UVLO，此時(shí)MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓Vgs只有4V，很容易進(jìn)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(shí)UCC5320S的欠壓保護(hù)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(duì)GND2的電壓，一般會(huì)把GND2和被驅(qū)動(dòng)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(shí)驅(qū)動(dòng)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(hù)功能可以避免MOSFET/IGBT進(jìn)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(dòng)芯片的欠壓保護(hù)功能會(huì)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(hù)功能依然能正常工作。

審核編輯：郭婷