首页 |元器件品牌

UCC21540QDWKRQ1 [TI]

具有 8V UVLO 和 3.3mm 通道间距的汽车类 5.7kVRMS、4A/6A 双通道隔离式栅极驱动器 | DWK | 14 | -40 to 125;
UCC21540QDWKRQ1
型号： UCC21540QDWKRQ1
厂家： TEXAS INSTRUMENTS    TEXAS INSTRUMENTS
描述：

具有 8V UVLO 和 3.3mm 通道间距的汽车类 5.7kVRMS、4A/6A 双通道隔离式栅极驱动器 | DWK | 14 | -40 to 125

栅极驱动 驱动器
文件： 总38页 (文件大小：2026K)
中文：  中文翻译
下载：  下载PDF数据表文档文件
 查看货源
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
UCC21540-Q1 具有3.3mm 通道间距选项的  
1 特性  
3 说明  
• 具有符合AEC-Q100 标准的下列特性：  
UCC21540-Q1 器件是具有可编程死区时间和宽温度范  
围的隔离式双通道栅极驱动器。该器件在极端温度条件  
下表现出一致的性能和稳定性。该器件采用 4A 峰值拉  
电流和 6A 峰值灌电流来驱动功率 MOSFET、IGBT 和  
GaN 晶体管。  
– 器件温度1 级  
– 器件HBM ESD 分类等级H2  
– 器件CDM ESD 分类等级C6  
• 功能安全质量管理型  
– 有助于进行功能安全系统设计的文档  
• 结温范围–40°C 至150°C  
• 高达18V 的VDD 输出驱动电源  
UCC21540-Q1 器件可以配置为两个低侧驱动器、两个  
高侧驱动器或一个半桥驱动器。输入侧通过一个  
5.7kVRMS 隔离层与两个输出驱动器相隔离，其共模瞬  
态抗扰度(CMTI) 的最小值为100 V/ns。  
– 5V 和8V VDD UVLO 选项  
• CMTI 大于100 V/ns  
• 开关参数：  
– 40 ns 最大传播延迟  
– 5 ns 最大延迟匹配  
– 5.5 ns 最大脉宽失真  
– 35 µs 最大VDD 上电延迟  
• 安全相关认证：  
保护功能包括：可通过电阻器编程的死区时间；通过禁  
用功能同时关闭两路输出；集成的抗尖峰滤波器可抑制  
短于 5ns 的输入瞬变；以及在输入和输出引脚上对高  
达 -2V 的尖峰进行 200 ns 的负电压处理。所有电源都  
有UVLO 保护。  
器件信息(1)  
建议的VDD  
– 符合DIN V VDE V 0884-11:2017-01 标准的  
8000VPK 增强型隔离  
– 符合UL 1577 标准且长达1 分钟的5700VRMS  
隔离  
IPK  
电源电压（最  
小值）  
器件型号  
封装  
UCC21540QDWKQ1  
UCC21540AQDWKQ1  
4.0A/6.0A  
4.0A/6.0A  
9.2-V  
6.0-V  
SOIC (14)  
SOIC (14)  
– 符合GB4943.1-2011 标准的CQC 认证  
(1) 如需了解所有可用封装，请参阅数据表末尾的可订购产品附  
录。  
2 应用  
• HEV 和EV 电池充电器  
• 交流/直流和直流/直流电源中的隔离转换器  
• 电机驱动器和逆变器  
• 不间断电源(UPS)  
VDD  
VCC  
RBOOT  
HV DC-Link  
VCC  
VDDA  
ROFF  
INA  
16  
PWM-A  
1
2
3
4
5
6
8
RIN  
RON  
OUTA  
VSSA  
CIN  
INB  
VCCI  
GND  
DIS  
15  
14  
PWM-B  
RGS  
CBOOT  
CIN  
ꢀC  
CVCC  
SW  
Functional  
Isolation  
VDD  
DIS  
VDDB  
I/O  
ROFF  
RON  
11  
10  
9
RDIS  
CDIS  
DT  
OUTB  
VSSB  
RGS  
VCCI  
CVDD  
RDT  
CDT  
≥2.2nF  
VSS  
Copyright © 2020, Texas Instruments Incorporated  
典型应用  
本文档旨在为方便起见，提供有关TI 产品中文版本的信息，以确认产品的概要。有关适用的官方英文版本的最新信息，请访问  
www.ti.com，其内容始终优先。TI 不保证翻译的准确性和有效性。在实际设计之前，请务必参考最新版本的英文版本。  
English Data Sheet: SLUSDO2  
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
内容  
1 特性................................................................................... 1  
2 应用................................................................................... 1  
3 说明................................................................................... 1  
4 修订历史记录.....................................................................2  
5 器件比较表.........................................................................2  
6 引脚配置和功能................................................................. 3  
UCC21540-Q1 引脚功能...................................................3  
7 规格................................................................................... 4  
7.1 绝对最大额定值...........................................................4  
7.2 ESD 等级.................................................................... 4  
7.3 建议运行条件.............................................................. 4  
7.4 热性能信息..................................................................5  
7.5 额定功率......................................................................5  
7.6 绝缘规格......................................................................5  
7.7 安全相关认证.............................................................. 6  
7.8 安全限值......................................................................6  
7.9 电气特性......................................................................7  
7.10 开关特性....................................................................8  
7.11 绝缘特性曲线.............................................................9  
7.12 典型特性....................................................................9  
8 参数测量信息...................................................................14  
8.1 最小脉冲....................................................................14  
8.2 传播延迟和脉宽失真度..............................................14  
8.3 上升和下降时间.........................................................14  
8.4 输入和禁用响应时间..................................................15  
8.5 可编程死区时间.........................................................15  
8.6 上电UVLO 到输出延迟.............................................16  
8.7 CMTI 测试.................................................................17  
9 详细说明.......................................................................... 18  
9.1 概述...........................................................................18  
9.2 功能方框图................................................................18  
9.3 特性说明....................................................................19  
9.4 器件功能模式............................................................ 22  
10 应用和实现.....................................................................24  
10.1 应用信息..................................................................24  
10.2 典型应用..................................................................24  
11 电源相关建议................................................................. 33  
12 布局............................................................................... 34  
12.1 布局指南..................................................................34  
12.2 布局示例..................................................................35  
13 器件和文档支持............................................................. 37  
13.1 文档支持..................................................................37  
13.2 接收文档更新通知................................................... 37  
13.3 支持资源..................................................................37  
13.4 商标.........................................................................37  
13.5 静电放电警告.......................................................... 37  
13.6 术语表..................................................................... 37  
14 机械、封装和可订购信息...............................................37  
4 修订历史记录  
注：以前版本的页码可能与当前版本的页码不同  
Changes from Revision B (February 2021) to Revision C (February 2021)  
Page  
• 更新了“增强型隔离电容器寿命预测”图...........................................................................................................9  
Changes from Revision A (July 2020) to Revision B (February 2021)  
Page  
• 向特性列表添加了功能安全质量管理型...............................................................................................................1  
• 更改了“特性”、“应用”和“说明”部分....................................................................................................... 1  
• 添加了UCC21540A-Q1 器件的初始发行版。.................................................................................................... 1  
• 添加了UCC21540A-Q1 UVLO 阈值...................................................................................................................7  
• 添加了UCC21540A-Q1 UVLO 阈值图............................................................................................................... 9  
Changes from Revision * (May 2020) to Revision A (July 2020)  
Page  
• 将销售状态从“预告信息”更改为“初始发行版”。.........................................................................................1  
5 器件比较表  
UVLO  
8.0-V  
5.0-V  
器件选项  
峰值电流  
封装  
UCC21540QDWKQ1  
SOIC-14  
4A 拉电流，6A 灌电流  
4A 拉电流，6A 灌电流  
UCC21540AQDWKQ1  
SOIC-14  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
2
Submit Document Feedback  
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
6 引脚配置和功能  
UCC21540-Q1 引脚功能  
INA  
INB  
1
2
3
4
5
6
7
8
16  
15  
14  
VDDA  
OUTA  
VSSA  
VCCI  
GND  
DIS  
DT  
11  
10  
9
VDDB  
OUTB  
VSSB  
NC  
VCCI  
Not to scale  
图6-1. DWK 封装14 引脚SOIC 顶视图  
引脚  
I/O (1)  
说明  
名称  
编号  
设置为高电平时会同时禁用两个驱动器输出，而设置为低电平时则会启用输出。为了实现更好的抗噪性  
能，如果不使用该引脚，则建议将其接地。连接到远距离微控制器时，可靠近DIS 引脚放置约为1nF 的  
低ESR/ESL 电容器进行旁路。  
DIS  
5
I
I
DT 引脚配置：  
• 将DT 连接到VCCI 可禁用DT 功能并允许输出重叠。  
• 在DT 和GND 之间放置一个电阻器(RDT) 可根据以下公式调整死区时间：DT (ns) = 10 × RDT  
(kΩ)。TI 建议靠近DT 引脚放置一个2.2 nF 或以上的陶瓷电容器来旁路此引脚，从而实现更佳的抗  
噪性能。  
DT  
6
GND  
INA  
4
1
P
I
初级侧接地参考。初级侧的所有信号都以该接地为基准。  
A 通道的输入信号。INA 输入具有兼容TTL/CMOS 的输入阈值。该引脚在保持开路时在内部被拉低。为  
了实现更好的抗噪性能，如果不使用该引脚，则建议将其接地。  
B 通道的输入信号。INB 输入具有兼容TTL/CMOS 的输入阈值。该引脚在保持开路时在内部被拉低。为  
了实现更好的抗噪性能，如果不使用该引脚，则建议将其接地。  
INB  
NC  
2
I
7
-
无内部连接。此引脚可保持悬空、连接至VCCI 或连接至GND。  
12  
13  
15  
10  
3
NC  
-
SOIC-14 DWK 封装中移除了引脚12 和引脚13。  
OUTA  
OUTB  
VCCI  
O
O
P
驱动器A 的输出。连接到A 通道FET 或IGBT 的栅极。  
驱动器B 的输出。连接到B 通道FET 或IGBT 的栅极。  
初级侧电源电压。使用尽可能靠近器件的低ESR/ESL 电容器在本地进行去耦（连接至GND）。  
此引脚在内部短接至引脚3。  
最好选择旁路引脚3-4，而不是引脚8-4。  
VCCI  
8
P
VDDA  
VDDB  
VSSA  
VSSB  
16  
11  
14  
9
P
P
P
P
驱动器A 的次级侧电源。使用尽可能靠近器件的低ESR/ESL 电容器在本地进行去耦（连接至VSSA）。  
驱动器B 的次级侧电源。使用尽可能靠近器件的低ESR/ESL 电容器在本地进行去耦（连接至VSSB）。  
次级侧驱动器A 接地。次级侧A 通道的接地参考。  
次级侧驱动器B 接地。次级侧B 通道的接地参考。  
(1) P = 电源，I = 输入，O = 输出  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
3
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
7 规格  
7.1 绝对最大额定值  
在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）(1)  
最小值  
–0.5  
–0.5  
最大值  
单位  
6
V
VCCI 至GND  
输入偏置引脚电源电压  
驱动器偏置电源  
20  
V
V
VDDA-VSSA、VDDB-VSSB  
VVDDA+0.5、  
VVDDB+0.5  
OUTA 至VSSA、OUTB 至VSSB  
–0.5  
输出信号电压  
VVDDA+0.5、  
VVDDB+0.5  
-2  
V
OUTA 至VSSA、OUTB 至VSSB、200 ns 瞬态  
VVCCI+0.5  
VVCCI+0.5  
1850  
V
V
INA、INB、DIS 和DT 至GND  
INA、200 ns INB 瞬态至GND  
采用DWK 封装的|VSSA-VSSB|  
–0.5  
输入信号电压  
-2  
V
通道间隔离电压  
(2)  
-40  
-65  
150  
°C  
°C  
结温，TJ  
150  
贮存温度，Tstg  
(1) 超出“绝对最大额定值”下列出的压力可能会对器件造成永久损坏。这些仅为压力额定值，并不表明器件在这些额定值下或者任何其它  
超过建议工作条件所标明的条件下可正常工作。长时间处于绝对最大额定条件下可能会影响器件的可靠性。  
(2) 若要保持TJ 的建议运行条件，请参阅节7.4。  
7.2 ESD 等级  
值
单位  
人体放电模型(HBM)，符合AEC Q100-002(1)  
充电器件模型(CDM)，符合AEC Q100-011  
±4000  
±1500  
V(ESD）  
V
静电放电  
(1) AEC Q100-002 指示应当按照ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 规范执行HBM 应力测试。  
7.3 建议运行条件  
在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）  
最小值  
3
最大值  
单位  
VCCI  
5.5  
18  
VCCI 输入电源电压  
V
UCC21540-Q1  
9.2  
VDDA、  
VDDB  
驱动器输出偏置电源  
UCC21540A-Q1  
6.0  
18  
TJ  
150  
125  
°C  
°C  
–40  
结温  
TA  
-40  
环境温度  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
4
Submit Document Feedback  
 
 
 
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
7.4 热性能信息  
UCC21540-Q1  
热指标(1)  
单位  
DWK (SOIC)  
RθJA  
RθJC(top)  
RθJB  
ψJT  
69.7  
33.1  
29.0  
20.0  
28.3  
°C/W  
°C/W  
°C/W  
°C/W  
°C/W  
结至环境热阻  
结至外壳（顶部）热阻  
结至电路板热阻  
结至顶部特征参数  
结至电路板特征参数  
ψJB  
(1) 有关新旧热指标的更多信息，请参阅《半导体和IC 封装热指标》应用报告，SPRA953。  
7.5 额定功率  
值
单位  
mW  
mW  
mW  
PD  
915  
15  
功率耗散  
VCCI = 5.5V，VDDA/B = 12V，INA/B =  
3.3V，2.7 MHz，50% 占空比，方波，1.0 nF  
负载  
PDI  
发送器侧的功率耗散  
450  
PDA、PDB 每个驱动器侧的功率耗散  
7.6 绝缘规格  
参数  
测试条件  
值
单位  
外部间隙(1)  
CLR  
CPG  
DTI  
> 8  
> 8  
>17  
> 600  
I
mm  
引脚间的最短空间距离  
外部爬电距离(1)  
绝缘穿透距离  
相对漏电起痕指数  
材料组别  
mm  
µm  
V
引脚间的最短封装表面距离  
双重绝缘的最小内部间隙（内部间隙）(2 × 8.5 µm)  
DIN EN 60112 (VDE 0303-11)；IEC 60112  
符合IEC 60664-1  
CTI  
I-IV  
I-III  
额定市电电压≤600 VRMS  
过压类别（符合IEC  
60664-1）  
额定市电电压≤1000VRMS  
DIN V VDE V 0884-11 (VDE V 0884-11): 2017-01(2)  
VIORM  
1414  
1000  
1414  
8000  
VPK  
VRMS  
VDC  
交流电压（双极）  
最大重复峰值隔离电压  
交流电压（正弦波）；时间依赖型电介质击穿(TDDB) 测试  
（请参阅图7-1）  
VIOWM  
最大工作隔离电压  
直流电压  
VTEST = VIOTM，t = 60s（鉴定测试）  
VTEST = 1.2 × VIOTM，t = 1s（100% 生产测试）  
VIOTM  
VPK  
最大瞬态隔离电压  
采用符合IEC 62368-1 的测试方法，1.2/50 µs 波形，  
VTEST = 1.6 × VIOSM = 12800VPK（鉴定测试）  
最大浪涌隔离电压(3)  
VIOSM  
8000  
<5  
VPK  
方法a，I/O 安全测试子组2/3 后。  
Vini = VIOTM，tini = 60s；  
Vpd(m) = 1.2 X VIORM = 1697VPK，tm = 10s  
方法a，环境测试子组1 后。  
Vini = VIOTM，tini = 60s；  
Vpd(m) = 1.6 X VIORM = 2262VPK，tm = 10s  
<5  
<5  
视在电荷(4)  
qpd  
pC  
方法b1；常规测试（100% 生产测试）和预调节（类型测试）  
Vini = 1.2 × VIOTM；tini = 1s；  
Vpd(m) = 1.875 * VIORM = 2651VPK，tm = 1s  
势垒电容，输入至输出(5)  
隔离电阻，输入至输出(5)  
VIO = 0.4 sin (2πft)，f =1MHz  
VIO = 500V (TA = 25°C)  
CIO  
RIO  
1.2  
pF  
> 1012  
> 1011  
> 109  
VIO = 500V (100°C ≤TA ≤125°C)  
VIO = 500V，TS = 150°C  
Ω
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
5
 
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
7.6 绝缘规格(continued)  
参数  
测试条件  
值
2
单位  
污染等级  
40/125/21  
气候类别  
UL 1577  
VTEST = VISO = 5700VRMS，t = 60s（鉴定测试），  
VTEST = 1.2 × VISO = 6840VRMS，t = 1s（100% 生产测试）  
VISO  
5700  
VRMS  
可承受的隔离电压  
(1) 爬电距离和间隙应满足应用的特定设备隔离标准中的要求。请注意保持电路板设计的爬电距离和间隙，从而确保印刷电路板上隔离器的  
安装焊盘不会导致此距离缩短。在特定的情况下，印刷电路板上的爬电距离和间隙变得相等。在印刷电路板上插入坡口或肋或同时应用  
这两项技术可帮助提高这些规格。  
(2) 此耦合器仅适用于安全额定值范围内的安全电气绝缘。应借助合适的保护电路来确保符合安全额定值。  
(3) 在空气或油中执行测试，以确定隔离栅的固有浪涌抗扰度。  
(4) 视在电荷是局部放电(pd) 引起的电气放电。  
(5) 将隔离层每一侧的所有引脚都连在一起，构成一个双引脚器件。  
7.7 安全相关认证  
VDE  
UL  
CQC  
根据DIN V VDE V 0884-11:2017-01 进行  
了认证  
在UL 1577 组件认证计划下进行了认证  
根据GB 4943.1-2011 进行了认证  
增强型绝缘最大瞬态隔离电压8000VPK  
；
增强型绝缘，  
海拔≤5000m，  
热带气候  
最大重复峰值电压1414VPK  
；
单一保护，5700 VRMS  
文件编号：E181974  
最大浪涌隔离电压8000VPK  
证书编号：40040142  
证书编号：CQC19001226951  
7.8 安全限值  
安全限制旨在最大限度地减小在发生输入或输出电路故障时对隔离栅的潜在损害。  
参数  
测试条件  
侧
最小值  
典型值  
最大值  
单位  
θJA = 69.7°C/W，VVDDA/B = 12V，TJ =  
150°C，TA = 25°C  
请参阅图7-2  
驱动器A、驱动  
器B  
IS  
73  
mA  
安全输出电源电流  
15  
880  
输入  
驱动器A  
驱动器B  
总计  
θJA = 69.7°C/W，VVCCI = 5.5V，TJ =  
150°C，TA = 25°C  
请参阅图7-3  
PS  
TS  
mW  
°C  
安全电源  
880  
1775  
150  
安全温度(1)  
(1) 最高安全温度TS 具有与为器件指定的最大结温TJ 相同的值。IS 和PS 参数分别表示安全电流和安全功率。不应超出IS 和PS 的最大限  
值。这些限值会因环境温度TA 而异。  
节7.4 表中的结至空气热阻RθJA 所属器件安装在含引线的表面贴装封装对应的高K 测试板上。可以使用以下公式计算每个参数的值：  
TJ = TA + RθJA × P，其中P 是器件中耗散的功率。  
TJ(max) = TS = TA + RθJA × PS ，其中TJ(max) 是允许的最大结温。  
PS = IS × VI ，其中VI 是最大输入电压。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
6
Submit Document Feedback  
 
 
 
 
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
7.9 电气特性  
除非另有说明，否则VVCCI = 3.3V 或5.0V，从VCCI 到GND 的0.1 µF 电容器，从VDDA/B 到VSSA/B 的1 µF 电容器，  
VVDDA = VVDDB = 12V，从VDDA 和VDDB 到VSSA 和VSSB 的1 µF 电容器，DT 引脚连接至VCCI，CL = 0pF，TJ = –  
。
40°C 至+150°C(1) (2)  
参数  
测试条件  
最小值  
典型值  
最大值  
单位  
电源电流  
IVCCI  
VINA = 0V，VINB = 0V  
1.5  
1.0  
2.0  
1.8  
mA  
mA  
VCCI 静态电流  
IVDDA，IVDDB  
VINA = 0 V, VINB = 0 V  
VDDA 和VDDB 静态电流  
每通道电流（f = 500 kHz，50% 占  
空比）  
IVCCI  
2.5  
2.5  
mA  
mA  
VCCI 工作电流  
每通道电流（f = 500 kHz，50% 占  
空比），CL = 100 pF  
IVDDA，IVDDB  
VDDA 和VDDB 工作电流  
VCC 电源电压欠压阈值  
VVCCI_ON  
VVCCI_OFF  
VVCCI_HYS  
2.55  
2.35  
2.7  
2.5  
0.2  
2.85  
2.65  
V
V
V
UVLO 上升阈值  
UVLO 下降阈值  
UVLO 阈值迟滞  
UCC21540A-Q1 VDD 电源电压欠压阈值  
VVDDA_ON  
VVDDB_ON  
，
5.0  
4.7  
5.5  
5.2  
0.3  
5.9  
5.6  
V
V
V
UVLO 上升阈值  
UVLO 下降阈值  
UVLO 阈值迟滞  
VVDDA_OFF  
VVDDB_OFF  
，
，
VVDDA_HYS  
VVDDB_HYS  
UCC21540-Q1 VDD 电源电压欠压阈值  
VVDDA_ON  
VVDDB_ON  
，
8
8.5  
8
9
V
V
V
UVLO 上升阈值  
UVLO 下降阈值  
UVLO 阈值迟滞  
VVDDA_OFF  
VVDDB_OFF  
，
，
7.5  
8.5  
VVDDA_HYS  
VVDDB_HYS  
0.5  
INA、INB 和禁用  
V
VDISH  
INAH、VINBH  
、
1.6  
0.8  
1.8  
1
2
V
V
输入高电平阈值电压  
输入低电平阈值电压  
V
VDISL  
INAL、VINBL  
、
1.25  
VINA_HYS  
VINB_HYS  
VDIS_HYS  
、
0.8  
V
、
输入阈值迟滞  
输出  
2
3
4
6
A
A
I
OA+、IOB+  
峰值输出拉电流  
峰值输出灌电流  
CVDD = 10 µF，CLOAD = 0.18 µF，f  
= 1 kHz，基准测量  
IOA-、IOB-  
IOUT = –10 mA，ROHA、ROHB 并  
不表示驱动上拉性能。详细信息，  
5
10  
ROHA、ROHB  
高电平状态的输出电阻  
Ω
请参阅和节9.3.4 中的tRISE  
。
IOUT = 10 mA  
0.55  
1.1  
R
OLA、ROLB  
OHA、VOHB  
OLA、VOLB  
OAPDA、VOAPDB  
低电平状态的输出电阻  
高电平状态的输出电压  
Ω
V
mA  
VDDA、VVDDB = 12V，IOUT = –10  
11.9  
11.95  
V
V
V
V
V
mA  
VDDA、VVDDB = 12V，IOUT = 10  
5.5  
11  
mV  
V
低电平状态的输出电压  
驱动器输出（VOUTA、VOUTB）有  
源下拉  
V
VDDA 和VVDDB 未上电，IOUTA、  
1.75  
2.1  
IOUTB = 200mA  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
7
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
除非另有说明，否则VVCCI = 3.3V 或5.0V，从VCCI 到GND 的0.1 µF 电容器，从VDDA/B 到VSSA/B 的1 µF 电容器，  
VVDDA = VVDDB = 12V，从VDDA 和VDDB 到VSSA 和VSSB 的1 µF 电容器，DT 引脚连接至VCCI，CL = 0pF，TJ = –  
。
40°C 至+150°C(1) (2)  
参数  
测试条件  
最小值  
典型值  
最大值  
单位  
死区时间和重叠编程  
-
DT 引脚连接至VCCI  
RDT = 10 kΩ  
RDT = 20 kΩ  
RDT = 50 kΩ  
RDT = 10 kΩ  
RDT = 20 kΩ  
RDT = 50 kΩ  
由INA、INB 确定的重叠  
80  
100  
200  
500  
0
120  
240  
600  
10  
死区时间(DT)  
160  
ns  
ns  
400  
-
-
-
0
20  
死区时间匹配，|DTAB-DTBA  
|
0
65  
(1) 测试条件中的电流方向定义为进入该引脚的电流为正电流，从指定端子流出的电流为负电流（除非另有说明）  
(2) 仅具有典型值的参数仅供参考，不构成TI 已发布器件规格的一部分用于TI 产品保修。  
7.10 开关特性  
除非另有说明，否则VVCCI = 3.3V 或5.5V，从VCCI 到GND 的0.1 µF 电容器，VVDDA = VVDDB = 12V，从VDDA 和VDDB  
到VSSA 和VSSB 的1 µF 电容器，负载电容COUT = 0pF，TJ = –40°C 至+150°C(1)  
.
参数  
测试条件  
最小值  
典型值  
最大值  
单位  
CVDD = 10 µF, COUT = 1.8 nF,  
VVDDA, VVDDB = 12 V, f = 1 kHz  
5
16  
ns  
输出上升时间，请参阅图8-4  
tRISE  
CVDD = 10 µF, COUT = 1.8 nF ,  
VVDDA, VVDDB = 12 V, f = 1 kHz  
6
12  
20  
ns  
ns  
输出下降时间，请参阅图8-4  
tFALL  
tPWmin  
10  
传递到输出的最小输入脉宽，  
请参阅图8-1 和图8-2  
如果输入信号小于tPWmin，输出不会  
改变状态  
tPDHL  
tPDLH  
28  
28  
40  
40  
ns  
ns  
ns  
下降沿传播延迟，请参阅图8-3  
上升沿传播延迟，请参阅图8-3  
INx 高阈值VINH 到输出的10%  
INx 低阈值VINL 到输出的90%  
5.5  
|tPDLHA –tPDHLA|、|tPDLHB–tPDHLB  
请参阅图8-3  
|
tPWD  
脉宽失真度  
5
59  
35  
ns  
传播延迟匹配，  
|tPDLHA –tPDLHB|、|tPDHLA  
tPDHLB|，请参阅图8-3  
tDM  
f = 250kHz  
–
tVCCI+ to  
40  
23  
VCCI 上电延迟时间：UVLO 上升到  
OUTA、OUTB，  
请参阅图8-7  
OUT  
INA 或INB 连接到VCCI  
µs  
tVDD+ to OUT  
VDDA、VDDB 上电延迟时间：  
UVLO 上升到OUTA、OUTB  
请参阅图8-8  
INA 或INB 连接到VCCI  
GND 与VSSA/B 的压摆率，INA 和  
INB 都连接到VCCI；VCM=1000V；  
高电平共模瞬态抗扰度（请参阅节  
8.7）  
|CMH|  
|CML|  
100  
100  
V/ns  
GND 与VSSA/B 的压摆率，INA 和  
INB 都连接到GND；VCM=1000V；  
低电平共模瞬态抗扰度（请参阅节  
8.7）  
(1) 仅具有典型值的参数仅供参考，不构成TI 已发布器件规格的一部分用于TI 产品保修。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
8
Submit Document Feedback  
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
7.11 绝缘特性曲线  
图7-1. 增强型隔离电容器寿命预测  
100  
80  
60  
40  
20  
0
2000  
IVDDA/B for VDD=12V  
IVDDA/B for VDD=18V  
1600  
1200  
800  
400  
0
0
50  
100  
Ambient Temperature (°C)  
150  
200  
0
50  
100  
Ambient Temperature (°C)  
150  
200  
UDC0C021  
UDC0C021  
图7-3. 限制功率的热降额曲线（符合VDE）  
两个通道同时运行时每个通道内的电流  
图7-2. 限制电流的热降额曲线（符合VDE）  
7.12 典型特性  
除非另有说明，否则 VDDA = VDDB = 12V，VCCI = 3.3V 或 5.0V，DT 引脚连接到 VCCI，TA = 25°C，CL =  
0pF。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
9
 
 
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
1.5  
1.45  
1.4  
2.7  
2.65  
2.6  
VCCI = 3.3V  
VCCI = 5.0V  
1.35  
1.3  
2.55  
2.5  
VCCI = 3.3V, fS=50kHz  
VCCI = 3.3V, fS=1.0MHz  
VCCI = 5.0V, fS=50kHz  
VCCI = 5.0V, fS=1.0MHz  
1.25  
2.45  
1.2  
2.4  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Temperature (èC)  
Junction Temperature (èC)  
D004  
D005  
INA = INB = GND  
空载  
图7-5. VCCI 工作电流- IVCCI  
图7-4. VCCI 静态电流  
2.6  
2.58  
2.56  
2.54  
2.52  
2.5  
1.6  
1.4  
1.2  
1
VCCI = 3.3V  
VCCI = 5.0V  
VDD = 12V  
VDD = 18V  
0.8  
-40 -20  
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000  
Frequency (kHz)  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
D006  
D007  
图7-6. VCCI 工作电流与频率间的关系  
INA = INB = GND  
空载  
图7-7. 每通道VDD 静态电流（IVDDA、IVDDB  
）
3
2.7  
2.4  
2.1  
1.8  
1.5  
1.2  
0.9  
3
2.8  
2.6  
2.4  
2.2  
2
VDD = 12V, fS=50kHz  
VDD = 12V, fS=1.0MHz  
VDD = 15V, fS=50kHz  
VDD = 15V, fS=1.0MHz  
1.8  
1.6  
1.4  
VDD = 12V  
VDD = 15V  
1.2  
1
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000  
Frequency (kHz)  
Junction Temperature (èC)  
D008  
D009  
空载  
INA 和INB 都开关  
空载  
图7-8. 每通道VDD 工作电流- IVDDA/B  
图7-9. 每通道工作电流(IVDDA/B) 与频率间的关系  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
10  
Submit Document Feedback  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
2.9  
212  
208  
204  
200  
196  
192  
188  
VVCCI_ON  
VVCCI_OFF  
2.8  
2.7  
2.6  
2.5  
2.4  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
Junction Temperature (èC)  
D011  
D010  
图7-11. VCCI UVLO 阈值迟滞电压  
图7-10. VCCI UVLO 阈值电压  
6
5.8  
5.6  
5.4  
5.2  
360  
350  
340  
330  
320  
VVDD_ON  
VVDD_OFF  
5
-40  
-20  
0
20  
40  
60  
80  
100 120 140  
-40  
-20  
0
20  
40  
60  
80  
100 120 140  
Temperature (èC)  
Temperature (èC)  
UDV0L0O1  
UDV0L0O1  
图7-13. 5V VDD UVLO 迟滞电压  
图7-12. 5V VDD UVLO 阈值电压  
9
8.7  
8.4  
8.1  
7.8  
7.5  
540  
530  
520  
510  
500  
VVDD_ON  
VVDD_OFF  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
Junction Temperature (èC)  
D013  
D012  
图7-15. 8V VDD UVLO 阈值迟滞电压  
图7-14. 8V VDD UVLO 阈值电压  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
11  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
2.5  
2
875  
850  
825  
800  
775  
750  
IN/DIS High  
IN/DIS Low  
IN/DIS High  
1.5  
1
0.5  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
Junction Temperature (èC)  
D015  
D014  
图7-17. INA/INB/DIS 高和低阈值迟滞  
图7-16. INA/INB/DIS 高和低阈值电压  
10  
8
37.5  
35  
Rising Edge (tPDLH  
Falling Edge (tPDHL  
)
)
OUTA/OUTB Pull-Up  
OUTA/OUTB Pull-Down  
32.5  
30  
6
27.5  
25  
4
2
22.5  
20  
0
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
D017  
Junction Temperature (èC)  
D016  
图7-19. 传播延迟，上升沿和下降沿  
图7-18. OUT 上拉和下拉电阻  
3
2
3
2
Rising Edge  
Falling Edge  
1
1
0
0
-1  
-2  
-3  
-1  
-2  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
Junction Temperature (èC)  
D018  
D019  
t
PDLH –tPDHL  
图7-20. 传播延迟匹配，上升沿和下降沿  
图7-21. 脉宽失真度  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
12  
Submit Document Feedback  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
10  
60  
56  
52  
48  
44  
40  
36  
32  
Rising  
Falling  
DIS Low to High  
DIS High to Low  
8
6
4
2
0
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
Junction Temperature (èC)  
D020  
D021  
CL = 1.8nF  
图7-23. 禁用响应时间  
图7-22. 上升时间和下降时间  
2.5  
2
10  
9
VDD Open  
VDD Tied to VSS  
8
1.5  
1
7
6
0.5  
5
0
4
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
60  
80 100 120 140 160  
Junction Temperature (èC)  
Junction Temperature (èC)  
D022  
D023  
图7-24. 输出有源下拉电压  
图7-25. 会改变输出的最小脉冲  
700  
600  
500  
400  
300  
200  
100  
6
5
RDT = 10kW  
RDT = 20kW  
RDT = 50kW  
RDT = 10kW  
RDT = 20kW  
RDT = 50kW  
4
3
2
1
0
-1  
-2  
0
-40 -20  
0
20  
40  
Junction Temperature (°C)  
60  
80 100 120 140 160  
-40 -20  
0
20  
40  
Junction Temperature (°C)  
60  
80 100 120 140 160  
D024  
D025  
图7-26. 死区时间温漂  
图7-27. 死区时间匹配  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
13  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
8 参数测量信息  
8.1 最小脉冲  
一个典型的 5-ns 抗尖峰脉冲滤波器便可以滤除接地反弹或开关瞬态引入的小输入脉冲。必须在 INA 或 INB 上置  
位持续时间大于 tPWmin（通常为 10 ns）的输入脉冲，才能保证 OUTA 或 OUTB 上的输出状态变化。有关抗尖峰  
脉冲滤波器工作状况的详细信息，请参阅图8-1 和图8-2。  
INx  
VINH  
VINL  
VINH  
VINL  
INx  
tPWM < tPWmin  
tPWM < tPWmin  
OUTx  
OUTx  
图8-1. 抗尖峰脉冲滤波器–导通  
图8-2. 抗尖峰脉冲滤波器–关断  
8.2 传播延迟和脉宽失真度  
图 8-3 展示了如何根据通道 A 和 B 的传播延迟计算脉宽失真度 (tPWD) 和延迟匹配 (tDM)。若要测量延迟匹配，两  
个输入必须同相，并且DT 引脚必须短接至VCCI 以支持输出重叠。  
INA/B  
tPDHLA  
tPDLHA  
tDM  
OUTA  
tPDLHB  
tPDHLB  
tPWDB = |tPDLHB t tPDHLB|  
OUTB  
图8-3. 延迟匹配和脉宽失真度  
8.3 上升和下降时间  
图 8-4 展示了衡量上升时间 (tRISE) 和下降时间 (tFALL) 的标准。有关如何实现较短上升时间和下降时间的更多信  
息，请参阅节9.3.4。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
14  
Submit Document Feedback  
 
 
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
90%  
tFALL  
80%  
tRISE  
20%  
10%  
图8-4. 上升时间和下降时间标准  
8.4 输入和禁用响应时间  
图8-5 展示了禁用功能的响应时间。如需了解更多信息，请参阅节9.4.1。  
INx  
DIS High  
Response Time  
DIS  
DIS Low  
Response Time  
OUTx  
tPDLH  
90%  
90%  
tPDHL  
10%  
10%  
10%  
图8-5. 禁用引脚时序  
8.5 可编程死区时间  
将 DT 连接到 VCCI 可禁用 DT 功能并允许输出重叠。在 DT 和 GND 之间放置一个电阻器 (RDT) 可根据以下公式  
调整死区时间：DT (ns) = 10 × RDT (kΩ)。TI 建议靠近 DT 引脚放置一个 2.2nF 或以上的陶瓷电容器来旁路此引  
脚，从而实现更佳的抗噪性能。有关死区时间的更多详细信息，请参阅节9.4.2。  
INA  
INB  
90%  
10%  
OUTA  
tPDHL  
tPDLH  
90%  
10%  
OUTB  
tPDHL  
Dead Time  
Dead Time  
(Determined by Input signals if  
(Set by RDT  
)
longer than DT set by RDT  
)
图8-6. 的死区时间开关参数  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
15  
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
8.6 上电UVLO 到输出延迟  
每当电源电压 VCCI 从低于下降阈值 VVCCI_OFF 变为高于上升阈值 VVCCI_ON 时，以及每当电源电压 VDDx 从低于  
下降阈值 VVDDx_OFF 变为高于上升阈值 VVDDx_ON 时，输出开始响应输入前会存在一些延迟。对于 VCCI UVLO，  
此延迟定义为 tVCCI+ to OUT，通常为 40 µs。对于 VDDx UVLO，此延迟定义为 tVDD+ to OUT，通常为 23 µs。TI 建  
议在驱动输入信号前提供一些裕量，以确保将驱动器 VCCI 和 VDD 偏置电源完全激活。图 8-7 和图 8-8 展示了  
VCCI 和VDD 的加电UVLO 延迟时序图。  
每当电源电压 VCCI 降至下降阈值 VVCCI_OFF 以下，或者 VDDx 降至下降阈值 VVDDx_OFF 以下时，输出会停止响  
应输入并在1 µs 内保持低电平。这种不对称延迟旨在确保器件能够在VCCI 或VDDx 断电期间安全运行。  
当 VCCI 断开，但 VDDx 存在时，输出会保持低电平；当 VDDx 断开时，器件会通过有源下拉功能将输出钳位至  
低电平。如需更详细的UVLO 功能说明，请查看节9.3.1 部分。  
VCCI,  
INx  
VCCI,  
INx  
VVCCI_ON  
VVCCI_OFF  
VDDx  
VDDx  
OUTx  
tVCCI+ to OUT  
tVDD+ to OUT  
VVDD_ON  
VVDD_OFF  
OUTx  
图8-7. VCCI 上电UVLO 延迟  
图8-8. VDDA/B 上电UVLO 延迟  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
16  
Submit Document Feedback  
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
8.7 CMTI 测试  
图8-9 是CMTI 测试配置的简单示意图。  
VCC  
VDD  
VDDA  
INA  
16  
1
2
3
4
5
6
8
OUTA  
OUTA  
VSSA  
INB  
15  
14  
VCC  
VCCI  
GND  
DIS  
Functional  
Isolation  
VDDB  
11  
10  
9
OUTB  
GND  
DT  
OUTB  
VSSB  
VCCI  
VSS  
Common Mode Surge  
Generator  
Copyright © 2018, Texas Instruments Incorporated  
图8-9. 简化的CMTI 测试设置  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
17  
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
9 详细说明  
9.1 概述  
为了快速开关功率晶体管并减少开关功率损耗，通常会在控制器件的输出端和功率晶体管的栅极之间放置大电流  
栅极驱动器。在一些情况下，控制器无法提供足够的电流来驱动功率晶体管的栅极。在使用数字控制器的情况下  
尤其如此，因为来自数字控制器的输入信号通常是3.3V 逻辑信号，该信号仅能提供几毫安的电流。  
UCC21540-Q1 是一款灵活的双路栅极驱动器，经过配置可支持各种不同的电源和电机驱动拓扑，以及用于驱动  
多种类型的晶体管。UCC21540-Q1 具有很多特性，能够与控制电路良好集成并能够保护所驱动的栅极，这些特  
性包括：可通过电阻器编程的死区时间 (DT) 控制、禁用引脚，以及输入和输出电源的欠压锁定 (UVLO)。当输入  
端保留开路时，或者输入脉冲持续时间过短时，UCC21540-Q1 也会将其输出保持为低电平。驱动器输入端与  
CMOS 和TTL 兼容，能够连接数字和模拟电源控制器等。每个通道均由其各自的输入引脚（INA 和INB）控制，  
因此能够完全独立地控制每个输出。  
9.2 功能方框图  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
18  
Submit Document Feedback  
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
9.3 特性说明  
9.3.1 VDD、VCCI 和欠压锁定(UVLO)  
UCC21540-Q1 针对两路输出 VDD 和 VSS 引脚之间的每个电源电压提供内部欠压锁定 (UVLO) 保护功能。当  
VDD 偏置电压在器件启动后低于VVDD_ON 或在启动后低于VVDD_OFF 时，无论输入引脚的状态如何，VDD UVLO  
功能都会将相应通道输出保持为低电平。VDDx UVLO 功能会在通道 A 和通道 B 之间独立工作，允许需要低侧输  
出的自举系统在高侧偏置前能够进行充电。  
当驱动器的输出级处于未偏置或 UVLO 状态时，驱动器输出通过限制驱动器输出上电压上升的有源钳位电路保持  
低电平（如图 9-1 所示）。在这种情况下，上部 PMOS 通过 RHi-Z 电阻性地保持关断，而下部 NMOS 栅极通过  
R
CLAMP 连接到驱动器输出端。在该配置下，输出被有效地钳位至下部 NMOS 器件的阈值电压，不管是否存在偏  
置电源，该阈值电压通常约为1.75V。  
VDD  
RHI_Z  
Output  
Control  
OUT  
VSS  
RCLAMP  
RCLAMP is activated  
during UVLO  
图9-1. 有源下拉功能的简化表示  
VDD UVLO 保护还具有迟滞功能 (VVDD_HYS)。当电源存在接地噪声时，该迟滞可防止抖动。得益于此，该器件还  
可以接受偏置电压小幅下降，这种情况常见于器件开始开关和工作电流消耗突然增加时。  
UCC21540-Q1 的输入端还具有内部欠压锁定 (UVLO) 保护功能。除非电源电压 VCCI 在启动时超过 VVCCI_ON  
，
否则输入不会影响输出。当电源电压 VCCI 在启动后降至 VVCCI_OFF 以下时，输出会保持低电平，并且无法响应  
输入。与用于VDD 的UVLO 相似，这里存在迟滞(VVCCI_HYS) 以确保稳定运行。  
表9-1. VCCI UVLO 功能逻辑(1)  
输入  
条件  
输出  
INA  
H
L
INB  
L
OUTA  
OUTB  
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
器件启动期间VCCI-GND < VVCCI_ON  
器件启动期间VCCI-GND < VVCCI_ON  
器件启动期间VCCI-GND < VVCCI_ON  
器件启动期间VCCI-GND < VVCCI_ON  
器件启动后VCCI-GND < VVCCI_OFF  
器件启动后VCCI-GND < VVCCI_OFF  
器件启动后VCCI-GND < VVCCI_OFF  
器件启动后VCCI-GND < VVCCI_OFF  
H
H
L
H
L
H
L
L
H
H
L
H
L
(1) VDDx > VDD_ON。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
19  
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
表9-2. VDDx UVLO 功能逻辑(1)  
输入  
条件  
输出  
INA  
H
L
INB  
OUTA  
OUTB  
L
H
H
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
器件启动期间VDD-VSS < VVDD_ON  
器件启动期间VDD-VSS < VVDD_ON  
器件启动期间VDD-VSS < VVDD_ON  
器件启动期间VDD-VSS < VVDD_ON  
器件启动后VDD-VSS < VVDD_OFF  
器件启动后VDD-VSS < VVDD_OFF  
器件启动后VDD-VSS < VVDD_OFF  
器件启动后VDD-VSS < VVDD_OFF  
H
L
H
L
L
H
H
L
H
L
(1) VCCI > VCCI_ON。  
9.3.2 输入和输出逻辑表  
表9-3. 输入/输出逻辑表(1) (2)  
假设VCCI、VDDA 和VDDB 均已上电（有关各个UVLO 工作模式的更多信息，请参阅节9.3.1）。表9-3 展示了INA、INB  
和DIS 以及相应输出状态下的工作状况。  
输入  
输出  
DIS  
备注  
INA  
L
INB  
L
OUTA  
OUTB  
L
L
L
L
L
L
L
L
L
H
L
如果使用死区时间功能，则死区时间结束后会发生输出转换。请参阅节  
9.4.2。  
L
H
H
L
H
L
H
H
L
DT 使用RDT 进行编程。  
DT 引脚会被拉高至VCCI  
H
H
H
L
H
L
保留开路  
保留开路  
连接到远距离微控制器时，可靠近DIS 引脚放置不小于1 nF 的低  
ESR/ESL 电容器进行旁路。  
X
X
H
L
L
(1) “X”表示L、H 或保留开路。  
(2) 为了提高抗噪性能，TI 建议在不使用时将INA、INB 和DIS 引脚连接到GND 并将DT 引脚连接到VCCI。  
9.3.3 输入级  
UCC21540-Q1 的输入引脚（INA、INB 和 DIS）基于兼容 TTL 和 CMOS 的输入阈值逻辑，该逻辑与输出通道的  
VDD 电源完全隔离。UCC21540-Q1 具有典型值为 1.8V 的高电平阈值 (VINAH) 和典型值为 1V 的低电平阈值，并  
且随温度变化很小（请参阅 和），因此可以使用逻辑电平控制信号（例如来自 3.3V 微控制器）轻松地驱动输入  
引脚。由于具有 0.8V 的宽迟滞 (VINA_HYS)，器件具有出色的抗噪性能并且运行稳定。如果任何输入保持开路，内  
部下拉电阻器会强制将对应引脚置于低电平。对于 INA/B，这些电阻器通常为 200 kΩ，而 DIS 则为 50 kΩ（请  
参阅节9.2）。TI 建议将任何未用的输入接地。  
施加于输入的任何信号在振幅方面都不得超过 VCCI 引脚上的电压。UCC21540-Q1 无法使用输出电压大于 VCCI  
电压的模拟控制器来驱动。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
20  
Submit Document Feedback  
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
9.3.4 输出级  
UCC21540-Q1 输出级采用上拉结构，能够在最需要的时候提供最高的峰值拉电流：在电源开关导通转换的米勒  
平坦区期间（此时电源开关漏极或集电极电压经历dV/dt）。输出级上拉结构具备一个P 沟道 MOSFET 与一个额  
外的上拉 N 沟道 MOSFET（并联）。N 沟道 MOSFET 的功能是使峰值拉电流短暂提升，从而实现快速导通。这  
是通过在输出状态从低电平变为高电平时，在短时间内短暂导通N 沟道MOSFET 来实现的。  
ROH 参数是直流测量值，仅代表 P 沟道器件的导通电阻。这是因为上拉 N 沟道器件在直流条件下保持在关断状  
态，并且仅在输出状态从低电平变为高电平时短暂导通。因此，在该短暂导通阶段， UCC21540-Q1 上拉级的有  
效电阻远低于ROH 参数所表示的值。  
UCC21540-Q1 的下拉结构包含一个N 沟道MOSFET。ROL 参数也是一项直流测量值，它表示器件中下拉状态下  
的阻抗。在轨至轨运行期间，输出电压在VDD 和VSS 之间波动。  
VDD  
ROH  
Shoot-  
RNMOS  
Input  
Signal  
Through  
Prevention  
Circuitry  
OUT  
VSS  
ROL  
Pull Up  
图9-2. 输出级  
9.3.5 UCC21540-Q1 中的二极管结构  
图9-3 展示了ESD 保护元件中涉及的多个二极管。这提供了器件的绝对最大额定值的图形表示。  
VCCI  
3,8  
VDDA  
16  
20 V  
15 OUTA  
14 VSSA  
6 V 6 V  
INA  
INB  
DIS  
DT  
1
2
5
6
11 VDDB  
10 OUTB  
20 V  
4
9
GND  
VSSB  
图9-3. ESD 结构  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
21  
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
9.4 器件功能模式  
9.4.1 禁用引脚  
当 DIS 引脚设为高电平时，两个输出同时关断。当 DIS 引脚设为低电平时，UCC21540-Q1 正常运行。连接到远  
距离微控制器时，可靠近DIS 引脚放置约1 nF 的低ESR/ESL 电容器进行旁路。DIS 电路逻辑结构与 INA 或INB  
的相似，而传播延迟典型性能可以在中找到。只有当 VCCI 保持在 UVLO 阈值以上时，DIS 引脚才起作用并且是  
必需的。如果不使用DIS 引脚，建议将此引脚连接至GND，以实现更佳的抗噪性能。  
9.4.2 可编程死区时间(DT) 引脚  
UCC21540-Q1 使用户能够通过以下方式调整死区时间(DT)：  
9.4.2.1 DT 引脚连接至VCCI  
输出与输入完全匹配，因此不会置位最小死区时间。这允许将输出重叠。如果不使用该引脚，TI 建议将其直接连  
接至VCCI，以实现更佳的抗噪性能。  
9.4.2.2 在DT 和GND 引脚之间连接编程电阻器  
在 DT 引脚和 GND 之间放置一个电阻器 RDT，则可对 tDT 进行编程。TI 建议靠近 DT 引脚放置一个 2.2 nF 或以  
上的陶瓷电容器来旁路此引脚，从而实现更佳的抗噪性能。可以根据以下公式确定合适的RDT 值：  
tDT ö 10ìRDT  
其中  
(1)  
• tDT 是已编程设定的死区时间，单位为纳秒。  
• RDT 是DT 引脚和GND 之间的电阻值，单位为千欧。  
DT 引脚上的稳态电压约为0.8V。RDT 对此引脚上的小电流进行编程，用于设置死区时间。随着 RDT 值增加，DT  
引脚上的电流减小。当RDT = 100 kΩ时，DT 引脚上的电流将小于10 µA。对于更大的RDT 值，TI 建议尽可能靠  
近DT 引脚放置 RDT 和一个 2.2 nF 或以上的陶瓷电容器，从而实现更佳的抗噪性能并在两个通道之间获得更出色  
的死区时间匹配。  
一个输入信号的下降沿会启动已编程设定的另一个信号的死区时间。已编程设定的死区时间是驱动器将两个输出  
保持低电平的最短强制持续时间。如果 INA 和 INB 信号包含的死区持续时间长于已编程设定的最短时间，则输出  
保持低电平的持续时间也会长于已编程设定的死区时间。如果两个输入同时都处于高电平，两个输出都将立即设  
为低电平。此功能用于在半桥应用中防止击穿，并且它并不影响正常运行所需的已编程设定的死区时间。“各种  
输入信号条件下输入与输出逻辑之间的关系”显示并说明了各种驱动器死区时间逻辑工作条件。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
22  
Submit Document Feedback  
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
INA  
INB  
DT  
OUTA  
OUTB  
A
B
C
D
E
F
图9-4. 各种输入信号条件下输入与输出逻辑之间的关系  
条件 A：INB 变为低电平，INA 变为高电平。INB 立即将 OUTB 设为低电平并将已编程设定的死区时间分配给  
OUTA。在已编程设定的死区时间后，OUTA 能够变为高电平。  
条件 B：INB 变为高电平，INA 变为低电平。INA 现在立即将 OUTA 设为低电平并将已编程设定的死区时间分配  
给OUTB。在已编程设定的死区时间后，OUTB 能够变为高电平。  
条件 C：INB 变为低电平，INA 仍为低电平。INB 立即将 OUTB 设为低电平并分配用于 OUTA 的编程死区时间。  
在这种情况下，输入信号死区时间长于已编程设定的死区时间。当 INA 在输入信号死区时间后变为高电平时，它  
立即将OUTA 设为高电平。  
条件 D：INA 变为低电平，INA 仍为低电平。INA 立即将 OUTA 设为低电平并将已编程设定的死区时间分配给  
OUTB。在这种情况下，输入信号死区时间长于已编程设定的死区时间。当 INB 在输入信号死区时间后变为高电  
平时，它立即将OUTB 设为高电平。  
条件 E：INA 变为高电平，而 INB 和 OUTB 仍为高电平。为了避免过冲，OUTB 被立即拉至低电平。一段时间  
后，OUTB 变为低电平并将已编程设定的死区时间分配给 OUTA。OUTB 已经为低电平。在已编程设定的死区时  
间后，OUTA 能够变为高电平。  
条件 F：INB 变为高电平，而 INA 和 OUTA 仍为高电平。为了避免过冲，OUTA 被立即拉至低电平。一段时间  
后，OUTA 变为低电平并将已编程设定的死区时间分配给 OUTB。OUTA 已经为低电平。在已编程设定的死区时  
间后，OUTB 能够变为高电平。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
23  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
10 应用和实现  
备注  
以下应用部分中的信息不属于TI 器件规格的范围，TI 不担保其准确性和完整性。TI 的客 户应负责确定  
器件是否适用于其应用。客户应验证并测试其设计，以确保系统功能。  
10.1 应用信息  
UCC21540-Q1 有效地将隔离功能和缓冲器驱动功能结合在一起。 UCC21540-Q1（具有高达 5.5V 的 VCCI 和  
18V 的VDDA/VDDB）具有灵活而通用的功能，这使得该器件能够用作MOSFET、IGBT 或GaN 晶体管的低侧、  
高侧、高侧/低侧或半桥驱动器。UCC21540-Q1 具有集成组件、高级保护功能（UVLO、死区时间和禁用）和经  
过优化的开关性能，使设计人员可以为企业、电信、汽车和工业应用打造更小、更强大的设计并缩短产品上市时  
间。  
10.2 典型应用  
图10-1 中的电路展示了采用 UCC21540-Q1 驱动典型半桥配置的参考设计，该参考设计可以用在多种常见的电源  
转换器拓扑中，例如同步降压、同步升压、半桥/全桥隔离式拓扑以及三相电机驱动应用。  
VDD  
VCC  
RBOOT  
HV DC-Link  
CIN  
VCC  
VDDA  
INA  
INB  
ROFF  
RON  
16  
15  
14  
PWM-A  
1
2
3
4
5
6
8
RIN  
OUTA  
VSSA  
PWM-B  
RGS  
CBOOT  
VCCI  
GND  
DIS  
CIN  
ꢀC  
CVCC  
SW  
Functional  
Isolation  
VDD  
DIS  
VDDB  
I/O  
ROFF  
RON  
11  
10  
9
RDIS  
CDIS  
DT  
OUTB  
VSSB  
RGS  
VCCI  
CVDD  
RDT  
CDT  
≥2.2nF  
VSS  
Copyright © 2020, Texas Instruments Incorporated  
图10-1. 典型应用原理图  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
24  
Submit Document Feedback  
 
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
10.2.1 设计要求  
表10-1 列出了示例应用的参考设计参数：UCC21540-Q1 驱动采用高侧/低侧配置的650V MOSFET。  
表10-1. UCC21540-Q1 设计要求  
参数  
功率晶体管  
VCC  
值
单位  
-
650V，150 mΩRDS_ON 且12V VGS  
5.0  
12  
V
V
VDD  
3.3  
100  
200  
400  
V
输入信号振幅  
开关频率(fs)  
死区时间  
直流链路电压  
kHz  
ns  
V
10.2.2 详细设计过程  
10.2.2.1 设计INA/INB 输入滤波器  
建议用户不要通过对输入栅极驱动器的信号进行整形来尝试减慢（或延迟）输出端的信号。不过，可以使用小输  
入RIN-CIN 滤波器来滤除非理想布局或长PCB 迹线引入的振铃。  
此类滤波器应当使用0Ω至100Ω范围内的 RIN 和10 pF 和100 pF 之间的 CIN。在示例中，RIN = 51Ω且CIN  
33 pF，而转折频率约为100 MHz。  
=
在选择这些元件时，一定要注意在出色抗噪性能与传播延迟之间进行权衡。  
10.2.2.2 选择死区时间电阻器和电容器  
方程式 1 中选择了一个 20 kΩ 电阻器来将死区时间设置为 200 ns。在 DT 引脚附近并联了一个 2.2 nF 电容器来  
提高抗噪性能。  
10.2.2.3 选择外部自举二极管及其串联电阻  
每个周期，当低侧晶体管导通时，自举电容器会由 VDD 通过外部自举二极管进行充电。为电容器充电涉及到高峰  
值电流，因此自举二极管上的瞬态功率耗散可能会非常大。导通损耗还取决于二极管的正向压降。栅极驱动器电  
路中的总损耗包括二极管导通损耗和反向恢复损耗。  
选择外部自举二极管时，TI 建议选择高电压、快速恢复二极管或者具有低正向压降和低结电容的 SiC 肖特基二极  
管，以最大限度地减少反向恢复和相关接地噪声反弹引入的损耗。本例中，直流链路电压为 400VDC。自举二极管  
的额定电压应该大于直流链路电压并保留充分的裕度。因此，本例中选择了600V 超快速二极管MURA160T3G。  
自举电阻器 RBOOT 用于减少每个开关周期内 DBOOT 中的浪涌电流并限制 VDDA-VSSA 电压的斜升压摆率，尤其  
是 VSSA(SW) 引脚具有过大的负瞬态电压时。RBOOT 的建议值在 1Ω 和 20Ω 之间，具体取决于所用的二极管。  
本例中选择了一个2.7Ω限流电阻器来限制自举二极管中的浪涌电流。在最坏的情况下，流经DBoot 的峰值电流估  
计为：  
VDD - VBDF  
RBoot  
12V -1.5V  
2.7W  
IDBoot pk  
=
=
ö 4A  
(
)
(2)  
其中  
• VBDF 是4A 条件下自举二极管上的预计正向压降。  
如不能将 VDDx-VSSx 的电压限制在 FET 和UCC21540-Q1 的绝对最大额定值以下，在某些情况下可能对器件造  
成永久损坏。  
10.2.2.4 栅极驱动器输出电阻器  
外部栅极驱动器电阻器RON/ROFF 用于：  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
25  
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
• 限制寄生电感/电容引起的振铃。  
• 限制高电压/电流开关dv/dt、di/dt 和体二极管反向恢复引起的振铃。  
• 微调栅极驱动强度，即峰值灌电流和拉电流，以优化开关损耗。  
• 降低电磁干扰(EMI)。  
如节 9.3.4 中所述， UCC21540-Q1 具有包含并联 P 沟道 MOSFET 和额外上拉 N 沟道 MOSFET 的上拉结构。  
组合峰值拉电流为4A。因此，可使用以下公式来预测峰值拉电流：  
≈
’
VDD - VBDF  
RNMOS ||ROH + RON + RGFET _Int  
IOA+ = min 4A,  
∆
÷
÷
◊
∆
«
(3)  
(4)  
≈
’
VDD  
IOB+ = min 4A,  
∆
÷
÷
◊
∆
«
RNMOS ||ROH + RON + RGFET _Int  
其中  
• RON：外部导通电阻。  
• RGFET_INT：功率晶体管内部栅极电阻（见于功率晶体管数据表）。  
• IO+ = 峰值拉电流–4A、栅极驱动器峰值拉电流和根据栅极驱动回路电阻计算出的值中的最小值。  
在本例中：  
VDD - VBDF  
RNMOS ||ROH + RON + RGFET _Int 1.47W || 5W + 2.2W +1.5W  
12V - 0.8V  
IOA+  
=
=
ö 2.3A  
ö 2.5A  
(5)  
(6)  
VDD  
RNMOS ||ROH + RON + RGFET _Int 1.47W || 5W + 2.2W +1.5W  
12V  
IOB+  
=
=
因此，高侧和低侧峰值拉电流分别为2.3A 和2.5A。类似地，可以使用以下公式来计算峰值灌电流：  
≈
’
VDD - VBDF - VGDF  
ROL +ROFF ||RON +RGFET _Int  
IOA- = min 6A,  
∆
÷
÷
◊
∆
«
(7)  
(8)  
≈
’
VDD - VGDF  
ROL + ROFF ||RON + RGFET _Int  
IOB- = min 6A,  
∆
÷
÷
◊
∆
«
其中  
• ROFF：在本例中，外部关断电阻ROFF 为0；  
• VGDF：与ROFF 串联的反向并联二极管正向压降。本例中的二极管为MSS1P4。  
• IO-：峰值灌电流–6A、栅极驱动器峰值灌电流和根据栅极驱动回路电阻计算出的值中的最小值。  
在本例中：  
VDD - VBDF - VGDF  
ROL +ROFF ||RON +RGFET _Int  
12V - 0.8V -0.85V  
0.55W + 0W +1.5W  
IOA-  
=
=
ö 5.0A  
(9)  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
26  
Submit Document Feedback  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
VDD - VGDF  
ROL + ROFF ||RON + RGFET _Int 0.55W + 0W +1.5W  
12V - 0.85V  
IOB-  
=
=
ö 5.4A  
(10)  
因此，高侧和低侧峰值灌电流分别为5.0A 和5.4A。  
重要的是，估算的峰值电流也受PCB 布局和负载电容的影响。栅极驱动器环路中的寄生电感可以减慢峰值栅极驱  
动电流并导致过冲和下冲。因此，强烈建议最大限度地缩小栅极驱动器环路。另一方面，当功率晶体管的负载电  
容(CISS) 非常小（通常小于1 nF）时，峰值拉电流/灌电流取决于环路寄生效应，因为上升和下降时间太短，接近  
于寄生振铃周期。  
如果不能将 OUTx 电压控制在数据表中的绝对最大额定值以下（包括瞬态），在某些情况下可能对器件造成永久  
损坏。若要减少过多的栅极振铃，建议在FET 栅极附近放置一个铁氧体磁珠。存在扩展的过冲/下冲时，也可以使  
用外部钳位二极管，以便将OUTx 电压钳位至VDDx 和VSSx 电压。  
10.2.2.5 栅极至源极电阻器选择  
当栅极驱动器输出未上电并处于不确定的状态时，建议使用栅极至源极电阻器 RGS 将栅极下拉至源极电压。此电  
阻器还有助于在栅极驱动器能够导通并主动拉至低电平之前，降低米勒电流导致的由 dv/dt 引起的导通风险。该电  
阻器的大小通常介于5.1 kΩ和20 kΩ之间，具体取决于功率器件的Vth 和CGD 与CGS 之比。  
10.2.2.6 估算栅极驱动器功率损耗  
栅极驱动器子系统中的总损耗PG 包括UCC21540-Q1 (PGD) 的功率损耗和外围电路（如外部栅极驱动电阻器）中  
的功率损耗。自举二极管损耗并未包含在PG 中，本节中也不对其进行讨论。  
PGD 是关键功率损耗，它决定了 UCC21540-Q1 的热安全相关限值，可以通过计算几个分量产生的损耗来对其进  
行估算。  
第一个分量是静态功率损耗PGDQ，其中包括以特定开关频率工作时驱动器上的静态功率损耗以及驱动器的自身功  
耗。PGDQ 是在给定VCCI、VDDA/VDDB、开关频率和环境温度下，在无负载连接到OUTA 和OUTB 时在工作台  
上测量。 和 展示了无负载条件下工作电流消耗与工作频率之间的关系。在本例中，VVCCI = 5V 且 VVDD = 12V。  
当 INA/INB 以 100 kHz 频率从 0V 切换至 3.3V 时，测得每个电源上的电流 IVCCI ≈ 2.5 mA 且 IVDDA = IVDDB  
1.5 mA。因此，可以通过以下公式计算PGDQ  
≈
：
PGDQ = VVCCI ìIVCCI + VVDDA ìIDDA + VVDDB ìIDDB = 50mW  
(11)  
第二个分量是开关操作损耗PGDO，此时具有给定的负载电容，驱动器在每个开关周期中对其进行充电和放电。负  
载开关产生的总动态损耗PGSW 可以通过以下公式进行估算：  
PGSW = 2ì VDD ìQG ì fSW  
(12)  
其中  
• QG 是功率晶体管的栅极电荷。  
如果使用分离轨进行开启和关闭，则VDD 将等于正电源轨和负电源轨之差。  
因此，在本应用示例中：  
PGSW = 2ì12V ì100nCì100kHz = 240mW  
(13)  
QG 表示功率晶体管在以数据表中所提供的 14A 电流和 480V 电压进行开关时的总栅极电荷，该电荷随测试条件  
的变化而变化。输出级上的 UCC21540-Q1 栅极驱动器损耗 PGDO 是 PGSW 的一部分。如果外部栅极驱动器电阻  
为0Ω，则PGDO 将等于PGSW，并且所有栅极驱动器损耗都将在UCC21540-Q1 内耗散。如果存在外部导通和关  
断电阻，则总损耗将分布在栅极驱动器上拉/下拉电阻和外部栅极电阻之间。重要的是，如果拉电流/灌电流未达到  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
27  
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
4 A/6 A 饱和值，则上拉/下拉电阻是线性的固定电阻，但是，如果拉电流/灌电流达到饱和，它将是非线性的。因  
此，PGDO 在这两种情形下是不同的。  
情况1 - 线性上拉/下拉电阻器：  
≈
’
PGSW  
2
ROH ||RNMOS  
ROL  
PGDO  
=
ì
+
∆
∆
«
÷
÷
◊
ROH ||RNMOS +RON +RGFET _Int ROL +ROFF ||RON + RGFET _Int  
(14)  
在此设计示例中，所有预测的拉电流/灌电流均小于 4A/6A，因此可以使用以下公式来估算 UCC21540-Q1 栅极驱  
动器损耗：  
≈
∆
«
’
÷
◊
240mW  
2
5W ||1.47W  
0.55W  
PGDO  
=
ì
+
ö 60mW  
5W ||1.47W + 2.2W +1.5W 0.55W + 0W +1.5W  
(15)  
(16)  
情况2 - 非线性上拉/下拉电阻器：  
TR _ Sys  
TF _ Sys  
»
ÿ
Ÿ
…
PGDO = 2ì fSW ì 4A ì  
VDD - VOUTA/B  
t
dt + 6A ì  
VOUTA/B t dt  
( )  
( )  
(
)
—
—
…
Ÿ
0
0
…
Ÿ
⁄
其中  
• VOUTA/B(t) 为栅极驱动器OUTA 和OUTB 引脚在导通和关断瞬变期间的电压，它可以简化为恒流源（在导通时  
为4A，在关断时为6A）对负载电容器进行充电或放电。因此，VOUTA/B(t) 波形将是线性的，可以轻松地预测  
TR_Sys 和TF_Sys。  
对于某些情形，如果只有一个上拉或下拉电路饱和，而另一个不饱和，则 PGDO 是情况 1 和情况 2 的组合，可以  
根据上面的论述轻松地识别上拉和下拉的方程。因此，栅极驱动器 UCC21540-Q1 中的总栅极驱动器损耗 PGD  
为：  
PGD = PGDQ + PGDO  
(17)  
在本设计示例中该值等于127 mW。  
10.2.2.7 估算结温  
UCC21540 UCC21540-Q1 的结温可以通过以下公式进行估算：  
TJ = TC + YJT ìPGD  
(18)  
其中  
• TJ 是结温。  
• TC 是用热电偶或其他仪器测得的UCC21540-Q1 外壳温度。  
• ψJT 是来自节7.4 表的结至顶特征参数。  
使用结至顶特征参数 (ΨJT) 代替结至外壳热阻 (RΘJC) 可以极大地提高结温估算的准确性。大多数 IC 的大部分热  
能通过封装引线释放到 PCB 中，而总能量中仅有一小部分通过外壳顶部（通常在此处进行热电偶测量）进行释  
放。只有在大部分热能通过外壳释放时（例如采用金属封装或对 IC 封装应用散热器时），才能有效地使用 RΘJC  
电阻。在所有其他情况下，使用RΘJC 将无法准确地估算真实的结温。ΨJT 是通过假设通过 IC 顶部的能量在测试  
环境和应用环境中相似而通过实验得出的。只要遵循建议的布局指南，就可以准确地进行结温估算，将误差限制  
在几摄氏度内。更多信息，请参阅节12.1 和《半导体和IC 封装热指标》应用报告。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
28  
Submit Document Feedback  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
10.2.2.8 选择VCCI、VDDA/B 电容器  
VCCI、VDDA 和 VDDB 的旁路电容器对于实现可靠的性能至关重要。TI 建议选择具有足够额定电压、温度系数  
和电容容差的低 ESR 和低ESL、表面贴装型多层陶瓷电容器(MLCC)。重要的是，MLCC 上的直流偏置会影响实  
际电容值。例如，当施加15VDC 的直流偏置时，测得25V、1µF X7R 电容器的电容仅为500 nF。  
10.2.2.8.1 选择VCCI 电容器  
连接到VCCI 的旁路电容器支持初级逻辑所需的瞬态电流以及总电流消耗，后者仅为几mA。因此，该应用建议使  
用100 nF 以上的25V MLCC。如果偏置电源输出与VCCI 引脚的距离相对较长，则应使用值大于1 μF 的钽或电  
解电容器与MLCC 并联。  
10.2.2.8.2 选择VDDA（自举）电容器  
VDDA 电容器在自举电源配置中也被称为自举电容器，用于支持高达 4A（拉电流峰值电流）的栅极驱动电流瞬变  
并需要为功率晶体管维持稳定的栅极驱动电压。  
每个开关周期所需的总电荷可以通过以下公式进行估算：  
IVDD @100kHz No Load  
(
fSW  
)
= 100nC +  
1.5mA  
QTotal = QG +  
= 115nC  
100kHz  
(19)  
其中  
• QTotal：所需总电荷  
• QG：功率晶体管的栅极电荷。  
• IVDD：100 kHz、空载条件下通道自身的电流消耗。  
• fSW：栅极驱动器的开关频率  
因此，所需的CBoot 绝对最小值如下：  
QTotal  
115nC  
0.5V  
CBoot  
=
=
= 230nF  
DVVDDA  
(20)  
其中  
• ΔVVDDA 是VDDA 处的电压纹波，在本例中为0.5V。  
在实践中，CBoot 的值要大于计算所得的值。这样便允许存在直流偏置电压导致的电容变化，以及支持功率级原本  
会因负载瞬态而跳过一些脉冲的情况。因此，建议在 CBoot 值中包含一定的裕量，并将该电容器尽可能靠近 VDD  
和VSS 引脚放置。本例中选择了一个50V、1 µF 电容器。  
CBoot=1ꢀF  
(21)  
选择自举电容器时，应注意确保 VDD 至 VSS 的电压不会降至第 6.3 节中所建议的最低工作电平以下。应相应地  
调整自举电容器的值，使其可以提供初始电荷来开关功率器件，然后在高侧导通期间持续提供栅极驱动器静态电  
流。  
如果高侧电源电压降至 UVLO 下降阈值以下，高侧栅极驱动器输出将关断并会关闭功率器件。如果以不受控的方  
式硬开关功率器件，则会导致驱动器输出端出现高di/dt 和高dv/dt 瞬态，并可能对器件造成永久损坏。  
若要进一步降低宽频率范围内的交流阻抗，建议靠近 VDDx - VSSx 引脚放置具有低 ESL/ESR 的旁路电容器。本  
例中将一个100 nF、X7R 陶瓷电容器与CBoot 并联来优化瞬态性能。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
29  
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
备注  
使用过大的CBOOT 不见得好。在前几个周期内，CBOOT 可能并不会充电，而VBOOT 会保持在UVLO 以  
下。因此，高侧 FET 并不会跟随输入信号命令。另外在初始 CBOOT 充电周期期间，自举二极管具有最  
高的反向恢复电流和损耗。  
10.2.2.8.3 选择VDDB 电容器  
通道 B 具有与通道 A 相同的电流要求，因此需要 VDDB 电容器（在图 10-1 中显示为 CVDD）。在这个采用自举  
配置的示例中，VDDB 电容器还通过自举二极管为 VDDA 供电。这里为CVDD 选择了一个50V、10 μF MLCC 和  
一个 50V、220 nF MLCC。如果偏置电源输出与 VDDB 引脚的距离相对较长，则应使用电容值大于 10 μF 的钽  
或电解电容器与CVDD 并联。  
10.2.2.9 具有输出级负偏置的应用电路  
当非理想 PCB 布局和长封装引线（例如TO-220 和TO-247 型封装）引入寄生电感时，高di/dt 和dv/dt 开关期间  
功率晶体管的栅极源驱动电压会出现振铃。如果振铃超过阈值电压，则存在意外导通风险，甚至会发生击穿。为  
了将此类振铃保持在阈值以下，一种常见的方式是在栅极驱动上施加负偏置。下面是实现负栅极驱动偏置的几个  
例子。  
图10-2 展示了通过在隔离式电源输出级使用齐纳二极管来在通道A 驱动器上生成负偏置关断的第一个例子。负偏  
置由齐纳二极管电压设置。如果隔离式电源 VA 等于 17V，则关断电压为 –5.1V，导通电压为 17V – 5.1V ≈  
12V。通道 B 驱动器电路与通道 A 的相同，因此该配置需要两个用于半桥配置的电源，并且 RZ 上存在稳态功  
耗。  
HV DC-Link  
VDDA  
ROFF  
16  
1
CA1  
+
VA  
œ
CIN  
RZ  
RON  
OUTA  
VSSA  
15  
14  
2
3
4
5
6
8
CA2  
VZ  
SW  
Functional  
Isolation  
VDDB  
11  
10  
9
OUTB  
VSSB  
Copyright © 2018, Texas Instruments Incorporated  
图10-2. 利用ISO 偏置电源输出上的齐纳二极管生成负偏置  
图 10-3 展示了采用两个电源（或单输入双输出电源）的另一个例子。电源 VA+ 决定正驱动输出电压，而 VA– 决  
定负关断电压。通道 B 的配置与通道 A 的相同。此解决方案所需的电源数量要比第一个例子中的多，不过它在设  
置正负电源轨电压时提供了更大的灵活性。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
30  
Submit Document Feedback  
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
HV DC-Link  
VDDA  
OUTA  
ROFF  
RON  
16  
15  
1
2
3
4
5
6
8
CA1  
+
VA+  
œ
CIN  
CA2  
+
VA-  
œ
VSSA  
SW  
14  
Functional  
Isolation  
VDDB  
11  
10  
9
OUTB  
VSSB  
Copyright © 2018, Texas Instruments Incorporated  
图10-3. 利用两个LSO 偏置电源生成负偏置  
如图10-4 所示，最后一个例子是单电源配置，并通过栅极驱动环路中的齐纳二极管来生成负偏置。此解决方案的  
优势是，它仅使用一个电源，并且自举电源可用于高侧驱动。在这三种解决方案中，此设计的成本最低，所需设  
计工作量也最少。不过，此解决方案有以下局限性：  
1. 负栅极驱动偏置不仅取决于齐纳二极管，而且还取决于占空比，这意味着当占空比变化时，负偏置电压也会变  
化。因此，在此解决方案中，使用变频谐振转换器或相移转换器等具有固定占空比(~50%) 的转换器比较有  
利。  
2. 高侧VDDA-VSSA 必须维持足够的电压来保持在建议的电源电压范围内，这意味着在每个开关周期的一段时  
间内低侧开关必须导通或在体（或反向并联）二极管上存在续流电流，以便刷新自举电容器。因此，除非高侧  
使用专用电源，如另外两个示例电路中那样，否则高侧无法实现100% 占空比。  
VDD  
RBOOT  
HV DC-Link  
VDDA  
CZ  
VZ  
ROFF  
RON  
16  
15  
14  
1
2
3
4
5
6
8
OUTA  
VSSA  
CIN  
CBOOT  
RGS  
SW  
Functional  
Isolation  
VDD  
VDDB  
CZ  
VZ  
ROFF  
RON  
11  
10  
9
OUTB  
VSSB  
CVDD  
RGS  
VSS  
Copyright © 2018, Texas Instruments Incorporated  
图10-4. 利用单电源和栅极驱动路径上的齐纳二极管产生负偏置  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
31  
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
10.2.3 应用曲线  
图 10-5 和图 10-6 展示了以下条件下图 10-1 所示设计示例的基准测试波形：VCC = 5.0V、VDD = 12V、fSW  
100 kHz 且VDC-Link = 400V。  
=
通道1（蓝色）：高侧功率晶体管上的栅极源信号。  
通道2（青色）：低侧功率晶体管上的栅极源信号。  
通道3（粉色）：INA 引脚信号。  
通道4（绿色）：INB 引脚信号。  
在 图 10-5 中，通过 INA 和 INB 发送互补的 3.3V、20%/80% 占空比信号。功率晶体管上的栅极驱动信号具有  
200 ns 死区时间，并且直流链路上存在 400V 高压，如图10-5 的测量部分所示。请注意，存在高电压时，需要使  
用带宽较小的差分探头，而这会限制测量可达到的精度。  
图 10-6 展示了 图 10-5 波形的放大图，其中提供了传播延迟和死区时间的测量数据。重要的是，输出波形是在功  
率晶体管的栅极和源极引脚之间测得的，而不是直接在驱动器OUTA 和OUTB 引脚上测得的。  
图10-5. INA/B 和OUTA/B 的基准测试波形  
图10-6. 基准测试波形放大图  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
32  
Submit Document Feedback  
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
11 电源相关建议  
UCC21540-Q1 的建议输入电压 (VCCI) 介于 3V 和 5.5V 之间。输出偏置电源电压 (VDDA/VDDB) 位于 6.0V 到  
18V 范围内。该偏置电源电压范围的下限由每个器件内置的欠压锁定 (UVLO) 保护功能进行控制。正常运行期  
间，VDD 和 VCCI 不得低于其各自的 UVLO 阈值。（有关 UVLO 的更多信息，请参阅节 9.3.1）。VDDA/VDDB  
范围的上限取决于由UCC21540-Q1 驱动的功率器件的最大栅极电压。建议的VDDA/VDDB 最大值为18V。  
应当在 VDD 和 VSS 引脚之间放置一个本地旁路电容器，以便在输出变为高电平时向容性负载供电。该电容应尽  
可能靠近器件放置，以最大限度地减少寄生阻抗。建议使用低 ESR 陶瓷表面贴装电容器。如果旁路电容器阻抗过  
大，电阻和电感寄生效应会导致 IC 引脚上的电源电压意外降至 UVLO 阈值以下。若要滤除 VDD 和 VSS 之间的  
高频噪声，可以再添加一个在较高频率下具有较低阻抗的电容器。例如，初级旁路电容器可以为 1 µF，而次级高  
频旁路电容器为100 nF。  
类似地，还应在 VCCI 和 GND 引脚之间放置一个旁路电容器。假设 UCC21540-Q1 输入侧逻辑电路汲取的电流  
很小，那么该旁路电容器可以使用100 nF 的建议最小值。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
33  
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
12 布局  
12.1 布局指南  
为了实现UCC21540-Q1 的最佳性能，应考虑这些PCB 布局指南。  
12.1.1 元件放置注意事项  
• 必须在VCCI 和GND 引脚之间以及VDD 和VSS 引脚之间靠近器件的位置连接低ESR 和低ESL 电容器，以  
在外部功率晶体管导通时支持高峰值电流。  
• 为了避免桥接配置中开关节点VSSA (HS) 引脚上产生较大的负瞬态，必须最大限度地减小顶部晶体管源极和  
底部晶体管源极之间的寄生电感。  
• 为了改进从远距离微控制器或高阻抗源驱动DIS 引脚时的抗噪性能，TI 建议在DIS 引脚和GND 之间添加一个  
小型旁路电容器(≥1000pF)。  
• 如果使用死区时间功能，TI 建议靠近UCC21540-Q1 的DT 引脚放置编程电阻器RDT 和旁路电容器，以防噪  
声意外耦合到内部死区时间电路上。该电容器不应小于2.2 nF。  
12.1.2 接地注意事项  
• 务必要将对晶体管栅极进行充电和放电的高峰值电流限制在最小的物理环路区域内。这样将会降低环路电感并  
最大限度地降低晶体管栅极端子上的噪声。栅极驱动器必须尽可能靠近晶体管放置。  
• 注意高电流路径，其中包含自举电容器、自举二极管、局部接地参考旁路电容器和低侧晶体管体二极管/反并联  
二极管。自举电容器由VDD 旁路电容器通过自举二极管逐周期进行重新充电。这种重新充电行为发生在较短  
的时间间隔内，需要高峰值电流。尽可能减小印刷电路板上的环路长度和面积对于确保可靠运行至关重要。  
12.1.3 高电压注意事项  
• 为确保初级侧和次级侧之间的隔离性能，请避免在驱动器器件下方放置任何PCB 迹线或覆铜。建议使用PCB  
切口，以防止发生可能影响隔离性能的污染。  
• 对于半桥或高侧/低侧配置，应最大限度地增加PCB 布局中高侧和低侧PCB 迹线之间的间隙距离。DWK 封装  
中移除了引脚12 和引脚13，并具有3.3mm 的最小爬电距离，这样可以获得更高的总线电压。  
12.1.4 散热注意事项  
• 如果驱动电压较高，负载较重或开关频率较高，那么UCC21540-Q1 可能会耗散较大的功率（更多详细信息，  
请参阅节10.2.2.6）。适当的PCB 布局有助于将器件产生的热量散发到PCB，并最大限度地降低结到电路板  
的热阻抗(θJB)。  
• 建议增加连接到VDDA、VDDB、VSSA 和VSSB 引脚的PCB 覆铜，并优先考虑最大限度地增加到VSSA 和  
VSSB 的连接（请参阅图12-2 和图12-3）。不过，必须考虑前面提及的高电压PCB 注意事项。  
• 如果系统有多个层，则还建议通过具有足够尺寸的通孔将VDDA、VDDB、VSSA 和VSSB 引脚连接到内部接  
地平面或电源平面。确保不要重叠来自不同高电压平面的迹线或覆铜。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
34  
Submit Document Feedback  
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
12.2 布局示例  
图 12-1 展示了一个 2 层 PCB 布局示例，其中标出了 SOIC-14 DW 封装的信号和关键元件，并移除了引脚 12 和  
引脚13。更多详细信息，请参阅UCC21540EVM 设计-“使用UCC21540EVM - TI”  
图12-1. 布局示例  
图12-2 和图12-3 展示了顶层和底层迹线和覆铜。  
备注  
初级侧和次级侧之间没有PCB 迹线或覆铜，从而确保了隔离性能。  
输出级中高侧和低侧栅极驱动器之间的PCB 迹线有所增加，有助于最大限度地扩大高压运行的爬电距离，同时还  
将更大限度地减少开关节点 VSSA (SW)（可能存在高 dv/dt）和低侧栅极驱动器之间由寄生电容耦合导致的串  
扰。  
图12-3. 底层迹线和覆铜（翻转）  
图12-2. 顶层迹线和覆铜  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
35  
 
 
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
图12-4 和图12-5 分别是3D 布局的顶视图和底视图。  
备注  
初级侧和次级侧之间的PCB 切口位置（确保了隔离性能）。  
图12-4. 3D PCB 顶视图  
图12-5. 3D PCB 底视图  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
36  
Submit Document Feedback  
 
UCC21540-Q1  
ZHCSKZ7C –JUNE 2020 –REVISED FEBRUARY 2021  
www.ti.com.cn  
13 器件和文档支持  
13.1 文档支持  
13.1.1 相关文档  
如需相关文档，请参阅隔离相关术语  
13.2 接收文档更新通知  
要接收文档更新通知，请导航至 ti.com 上的器件产品文件夹。点击订阅更新 进行注册，即可每周接收产品信息更  
改摘要。有关更改的详细信息，请查看任何已修订文档中包含的修订历史记录。  
13.3 支持资源  
TI E2E™ 支持论坛是工程师的重要参考资料，可直接从专家获得快速、经过验证的解答和设计帮助。搜索现有解  
答或提出自己的问题可获得所需的快速设计帮助。  
链接的内容由各个贡献者“按原样”提供。这些内容并不构成 TI 技术规范，并且不一定反映 TI 的观点；请参阅  
TI 的《使用条款》。  
13.4 商标  
TI E2E™ is a trademark of Texas Instruments.  
所有商标均为其各自所有者的财产。  
13.5 静电放电警告  
静电放电(ESD) 会损坏这个集成电路。德州仪器(TI) 建议通过适当的预防措施处理所有集成电路。如果不遵守正确的处理  
和安装程序，可能会损坏集成电路。  
ESD 的损坏小至导致微小的性能降级，大至整个器件故障。精密的集成电路可能更容易受到损坏，这是因为非常细微的参  
数更改都可能会导致器件与其发布的规格不相符。  
13.6 术语表  
TI 术语表  
本术语表列出并解释了术语、首字母缩略词和定义。  
14 机械、封装和可订购信息  
以下页面包含机械、封装和可订购信息。这些信息是指定器件的最新可用数据。数据如有变更，恕不另行通知，  
且不会对此文档进行修订。如需获取此数据表的浏览器版本，请查阅左侧的导航栏。  
Copyright © 2022 Texas Instruments Incorporated  
Submit Document Feedback  
37  
 
 
 
 
 
 
 
 
重要声明和免责声明  
TI“按原样”提供技术和可靠性数据（包括数据表）、设计资源（包括参考设计）、应用或其他设计建议、网络工具、安全信息和其他资源，  
不保证没有瑕疵且不做出任何明示或暗示的担保，包括但不限于对适销性、某特定用途方面的适用性或不侵犯任何第三方知识产权的暗示担  
保。  
这些资源可供使用 TI 产品进行设计的熟练开发人员使用。您将自行承担以下全部责任：(1) 针对您的应用选择合适的 TI 产品，(2) 设计、验  
证并测试您的应用，(3) 确保您的应用满足相应标准以及任何其他功能安全、信息安全、监管或其他要求。  
这些资源如有变更，恕不另行通知。TI 授权您仅可将这些资源用于研发本资源所述的 TI 产品的应用。严禁对这些资源进行其他复制或展示。  
您无权使用任何其他 TI 知识产权或任何第三方知识产权。您应全额赔偿因在这些资源的使用中对 TI 及其代表造成的任何索赔、损害、成  
本、损失和债务，TI 对此概不负责。  
TI 提供的产品受 TI 的销售条款或 ti.com 上其他适用条款/TI 产品随附的其他适用条款的约束。TI 提供这些资源并不会扩展或以其他方式更改  
TI 针对 TI 产品发布的适用的担保或担保免责声明。  
TI 反对并拒绝您可能提出的任何其他或不同的条款。IMPORTANT NOTICE  
邮寄地址：Texas Instruments, Post Office Box 655303, Dallas, Texas 75265  
Copyright © 2022，德州仪器 (TI) 公司  

相关型号：

UCC21540_V01

 UCC21540, UCC21540A, UCC21541 Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21540_V02

 UCC2154x Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21541

 具有 8V UVLO、双输入、禁用引脚、采用 DW 封装的 5.7kVrms、1.5A/2.5A 双通道隔离式栅极驱动器
TI

UCC21541DW

 具有 8V UVLO、双输入、禁用引脚、采用 DW 封装的 5.7kVrms、1.5A/2.5A 双通道隔离式栅极驱动器 | DW | 16 | -40 to 125
TI

UCC21541DWR

 具有 8V UVLO、双输入、禁用引脚、采用 DW 封装的 5.7kVrms、1.5A/2.5A 双通道隔离式栅极驱动器 | DW | 16 | -40 to 125
TI

UCC21542

 UCC2154x Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21542ADWK

 UCC2154x Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21542ADWKR

 UCC2154x Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21542DWK

 UCC2154x Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21542DWKR

 UCC2154x Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21542DWR

 UCC2154x Reinforced Isolation Dual-Channel Gate Driver With 3.3-mm Channel-to-Channel Spacing Option
TI

UCC21551-Q1

 Automotive, 4-A, 6-A 5-kVRMS dual-channel isolated gate driver with EN and DT pins for IGBT/SiC
TI
©2020 ICPDF网 联系我们和版权申明