基于e-Compressor SiC 方案 onsemi NCV57100 栅极驱动器简介

简介

大联大世平集团基于 onsemi 的栅极驱动器和 SiC 技术，开发了一款适用于 800V 车用电空调压缩机的解决方案。在本文中，我将以世平集团的 800V e-Compressor SiC 方案为例，深入解析其中采用的安森美(onsemi)栅极驱动器 NCV57100 的核心特性及其应用。

一、栅极驱动器 NCV57100 特征与参数

安森美（onsemi）的栅极驱动器 NCV57100 是一款隔离型单通道 IGBT/SiC 驱动器，专为高性能应用设计。该驱动器集成了多项先进功能，包括互补输入、主动米勒钳位、过压与欠压保护、Desat 过流保护，以及 Fault 输出和 Ready 输出。此外，它还为 SiC 器件提供了独立的高电平（OUTH）和低电平（OUTL）分立输出功能，进一步提升了驱动的灵活性和可靠性。

1.1 引脚定义 & 参数

▲ 图 1.1

VEE2A & VEE2 副边电源的负电压引脚,它们在芯片内部是连接在一起的。

DESAT 检测 SiC 退饱和现象，当发生 Desat 响应时，IN±将进入无响应状态（5us），并进行 OUTL 软关断，防止 SiC 过压击穿。

GND2 副边电源的 0V 参考点，与 VEE2、VDD2 的退耦电容选型应 100nF + 至少10uF 电容器并联。

OUTH 提供 VDD2 电源至 SiC 的栅极，最大灌电流 7A。

VDD2 副边电源的正电压引脚。

OUTL 提供 VEE2 电源至 SiC 的栅极，最大拉电流 7A。

CLAMP 米勒钳位引脚，在 SiC 关断期间，当栅极超过 VEE2+Vclamp-THR(2V) 时，CLAMP 引脚开始动作（内部 N mos 打开），回流路经不再经过 OUTL ,在 Layout 时此引脚应短而粗。

GND1 & GND1A 原边电源的参考地，它们在芯片内部是连接在一起的。

IN+ PWM 信号逻辑输入正，内部下拉 50KΩ 电阻。

IN- PWM 信号逻辑输入负，内部上拉 50kΩ 电阻，IN+、IN- 需提供一对互补 PWM 信号。

RDY VDD1&VDD2 电源良好的指示引脚，内部开漏并上拉50 kΩ电阻，当发生过欠压时 RDY 将输出低，在三相半桥设计中可用逻辑与门将6路信号转为1路输出至 MCU。

FLT 故障输出引脚，内部开漏并上拉 50kΩ 电阻,当 Deast 发生响应时，FLT 引脚拉低，在三相半桥设计中可用逻辑或门将6路信号转为1路输出至 MCU。

RST 有两种功能，第一种，用于使能（拉高）该器件开始工作。第二种，用于测试 Desat 引脚响应功能。

VDD1 原边电源的正电压引脚（3V 或 5V）, 退耦电容选型应 100nF + 至少 1uF 电容器并联。

二、世平 E-compressor SiC方案 onsemi NCV57100 栅极驱动器关键特性应用

2.1 VCLAMP米勒钳位功能 & 原理

米勒钳位的主要原理是防止功率管的误导通。以半桥电路为例，下图2.1 展示了无米勒钳位和带米勒钳位情况下的栅极电压变化示意图。

当上桥功率管（HS）导通时，由于电路中存在杂散电感，下桥功率管会受到一定的尖峰电压过冲影响（序号 ①，dv/dt 斜率越大，尖峰电压越高）。这种现象通过功率管的米勒电容（Cmiller，序号 ②）产生米勒电流，并流经下桥功率管的栅极。

在没有米勒钳位功能的栅极驱动器中，米勒电流的放电路径是通过栅极电阻（RG）到 OUTL（序号 ③）。这一过程中，米勒电流（Imiller）与栅极电阻（RG）相乘，会在栅极上形成一定的电压积累，可能导致下桥功率管的误导通（序号 ④）。

相比之下，带有 VCLAMP 米勒钳位功能的栅极驱动器（如 NCV57100）能够在下桥功率管关断时实时监测栅极电压。当检测到栅极电压超过设定阈值（VEE + Vclamp_THR）时，CLAMP 引脚会主动拉低电压，改变米勒电容的放电路径，从而将栅极电压钳位在一定范围内（序号④）。这种设计有效避免了因米勒效应引起的误导通问题，提高了电路的可靠性。

2.1 VCLAMP米勒钳位功能 & 原理

▲ 图 2.1

2.2 DESAT 退保和检测功能 & 原理

用作当外部发生短路（例如相与相短路）时，为了保护功率管免于因过流而烧毁的保护功能。如图2.2 所示，当 OUTX 为高电平时，恒流源 IDESAT_CHG（500μA）开始工作，通过 SiC 形成回路，此时 Cblank 的电荷不会积累。此时，Cblank 的电压由以下部分组成：HV 二极管的导通电压 + (IDESAT_CHG × Rs_DESAT) + (流经功率管的 IDS × Rdson)。

当 SiC 发生过流短路时，DS 之间的电压会迅速升高，恒流源开始对 Cblank 进行充电。当 Cblank 的电压达到 DESAT 阈值电压时，OUTX 进入软关断模式（关断电流为 50mA），此时 OUTX 的电压会缓慢下降（因为杂散电感的存在，高 di/dt 可能导致 SiC 过压击穿）。

2.2 DESAT 退保和检测功能 & 原理

▲ 图 2.2

同时，我们还可以通过调节 Rs-DESAT 的阻值来实现对 SiC 管的提前关断保护。例如，在世平 e-Compressor SiC 方案的测试案例中，通过利用 DESAT 引脚实现对 SiC 管 70A 峰值电流的保护，如图2.3所示。

2.2 DESAT 退保和检测功能 & 原理

▲ 图 2.3

三、总结

在本文中，我们介绍了 onsemi NCV5100 这款栅极驱动器的特征与参数，并结合世平 800V e-Compressor SiC 方案应用场景，帮助工程师在设计 SiC 方案时选择最优的解决方案，以满足不同应用需求并提升系统性能。

四、参考文献

(1) Onsemi NCV57100 Datasheet.pdf

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