浅谈汽车PTC模块中用低侧驱动器IC的作用分析

作者：Kevin Chen

在混合动力汽车/电动汽车(HEV/EV)中，发动机并不会被用来运行加热和冷却系统，这与内燃机(ICE)汽车情况不同。我们使用两个关键系统来替代这一功能：使用BLDC电机驱动空调压缩机，使用正温度系数 (PTC) 加热器来加热冷却剂。

PTC加热器依靠高压电池来运行，需要几千瓦的功率。图1显示了由低侧MOSFET/IGBT电源开关驱动的典型PTC加热器方框图。

图1：汽车内部加热器模块的方框图

过去，使用双极结型晶体管(BJT)图腾柱驱动低侧配置中的电源开关。但是，由于栅极驱动器IC的诸多优势及其附加特性，它日益取代了这些分立式解决方案。图2显示了典型BJT图腾柱配置与典型栅极驱动器IC。

图2：BJT图腾柱（左）与栅极驱动器芯片UCC27517A-Q1（右）

分立式电路的一个显著缺点是它不提供保护，而栅极驱动器IC集成了对于确保可预测和稳定的栅极驱动非常重要的功能。UCC27517A-Q1符合汽车级 AEC-Q100 标准，内置欠压锁定 (UVLO) 功能。这个集成功能会钳制UCC27517A-Q1的输出，从而防止开关及其输出端的MOSFET上出现漏源极电压。电源电压达到UVLO上升阈值之后，驱动器可以向电源开关提供电流。

相比之下，BJT图腾柱允许MOSFET产生压降，但漏极电流会显著上升。电流上升会导致功耗过大，并可能损坏MOSFET。

图3显示了在3.3V启动时两个MOSFET的热感图像。左侧是由UCC27517A-Q1驱动的MOSFET，右侧是由BJT图腾柱驱动的MOSFET。由于BJT图腾柱未集成UVLO，所以会因功耗增加而使MOSFET过热

图3：UCC27517A-Q1驱动的MOSFET（左）和BJT图腾柱动的MOSFET（右）在3.3V启动时的热感图像

分立式BJT图腾柱电路中可增加外部UVLO电路，但这会进一步增加元件数，从而导致电路板尺寸更大和BOM成本更高。与分立式栅极驱动方案相比，栅极驱动器IC（例如，UCC27517A-Q1）需要的元件更少，并且占用更少的PCB空间。图4突出显示了UCC27517A-Q1的PCB布局（左）与分立式低侧栅极驱动器的PCB布局（右）。

图4：UCC27517A-Q1的PCB布局（左）与分立式低侧栅极驱动器的PCB布局（右）

UCC27517A-Q1布局由五个元件组成，而BJT图腾柱布局由10个元件组成。与分立式布局相比，栅极驱动器IC布局可以减少大约65%的面积。具有更少元件的更小总体布局使用的PCB空间更小，从而可降低成本和提高功率密度。

对于多通道解决方案，UCC27524A-Q1是一个双通道、低侧驱动器，可用于驱动多个电源开关。