為什么要在汽車PTC模塊中用低側驅動器IC替換分立式柵極驅動器

在混合動力汽車/電動汽車(HEV/EV)中，發動機并不會被用來運行加熱和冷卻系統，這與內燃機(ICE)汽車情況不同。我們使用兩個關鍵系統來替代這一功能：使用BLDC 電機驅動空調壓縮機，使用正溫度系數 (PTC) 加熱器來加熱冷卻劑。

PTC加熱器依靠高壓電池來運行，需要幾千瓦的功率。圖1顯示了由低側MOSFET/IGBT 電源開關驅動的典型PTC加熱器方框圖。

圖1：汽車內部加熱器模塊的方框圖

過去，使用雙極結型晶體管(BJT)圖騰柱驅動低側配置中的電源開關。但是，由于柵極驅動器IC的諸多優勢及其附加特性，它日益取代了這些分立式解決方案。圖2顯示了典型BJT圖騰柱配置與典型柵極驅動器IC。

圖 2：BJT圖騰柱（左）與柵極驅動器芯片UCC27517A-Q1（右）

分立式電路的一個顯著缺點是它不提供保護，而柵極驅動器IC集成了對于確保可預測和穩定的柵極驅動非常重要的功能。UCC27517A-Q1 符合汽車級 AEC-Q100 標準，內置欠壓鎖定 (UVLO) 功能。這個集成功能會鉗制UCC27517A-Q1的輸出，從而防止開關及其輸出端的MOSFET上出現漏源極電壓。電源電壓達到UVLO上升閾值之后，驅動器可以向電源開關提供電流。

相比之下，BJT圖騰柱允許MOSFET產生壓降，但漏極電流會顯著上升。電流上升會導致功耗過大，并可能損壞MOSFET。

圖3顯示了在3.3V啟動時兩個MOSFET的熱感圖像。左側是由UCC27517A-Q1驅動的MOSFET，右側是由BJT圖騰柱驅動的MOSFET。由于BJT圖騰柱未集成UVLO，所以會因功耗增加而使MOSFET過熱

圖3：UCC27517A-Q1驅動的MOSFET（左）和BJT圖騰柱驅動的MOSFET（右）在3.3V啟動時的熱感圖像

分立式BJT圖騰柱電路中可增加外部UVLO電路，但這會進一步增加元件數，從而導致電路板尺寸更大和BOM成本更高。與分立式柵極驅動方案相比，柵極驅動器IC（例如，UCC27517A-Q1）需要的元件更少，并且占用更少的PCB空間。圖4突出顯示了UCC27517A-Q1的PCB布局（左）與分立式低側柵極驅動器的PCB布局（右）。