门驱动的欠压保护功能及其注意事项
igbt/mosfet等全控型开关器件在现代电力电子系统中的应用日趋广泛，相应的驱动芯片集成度也越来越高，其中欠压保护功能由于可以防止开关管在门极电压较低时饱和导通，被各大驱动芯片公司集成到了自家的驱动芯片上。本文以ti的ucc5320驱动芯片为例，介绍欠压保护的作用。另外，在双电源供电时欠压保护功能可能会失效，而ucc5320e在双电源供电时依然可以实现欠压保护。
一、欠压保护的重要性
图1显示了在一个固定vds下，门极电压vgs会如何影响mosfet。虚线的右边是饱和区，在这个区域里漏极电流不受漏源电压vds的影响，只取决于门极电压vgs。mosfet工作在饱和区域时功耗较大，因为此时它同时流过大电流承受大电压。虚线的左边是线性区，此时mosfet相当于一个小电阻，可以流过大电流而不在漏源两端产生大的电压差。对于大电流的应用场合，让mosfet工作在饱和区是非常危险的，因为此时其功耗会非常大。带欠压保护uvlo功能的驱动芯片可以防止mosfet/igbt饱和导通，保证其工作在安全区域。
图1. mosfet的iv曲线
图2是由bjt三极管构成的mosfet的驱动电路，这个电路没有欠压保护功能，由于供电只有3.3v，当上部的三极管导通时，mosfet的门极只有3.3v电压，其很容易进入饱和区，mosfet发热严重。
图2. bjt驱动电路
ucc5320是ti推出的单通道隔离驱动，有两个版本ucc5320sc和ucc5320ec，见图3。他们都有欠压保护功能，当vcc2电压低于12v时，其内部逻辑电路会使得输出out始终为低，避免mosfet/igbt进入饱和导通区域。
图3. ucc5320框图
图4是在3.3v供电情况下（原副边都是3.3v），用ucc5320和bjt驱动电路驱动mosfet的发热情况。由于ucc5320在vcc2电压低于12v时输出始终为低，避免了mosfet出现过热（图4左边），右边是bjt驱动电路驱动mosfet，因为没有欠压保护，mosfet发热非常严重。
图4. ucc5320驱动mosfet（左）和bjt驱动mosfet（右）温度图
二、双电源供电时欠压保护电路的注意事项
ucc5320可以通过给vcc2供正电压，vee2供负电压来实现双电源供电，这个正负电压是相对于被驱动igbt的射极/mosfet的源极而言的，当关断mosfet时，vgs为负值，这样可以避免mosfet在米勒效应下误导通。igbt常见的双电源供电为+15v和-8v，sicfet常见的双电源供电为20v和-5v.
对于ucc5320s而言，其内部uvlo电路的判断标准是vcc2对vee2的电压，若其高于12v则不会触发uvlo。当vee2为-8v时，只要vcc2高于4v则不会触发uvlo，此时mosfet的驱动电压vgs只有4v，很容易进入饱和导通从而导致损耗严重。也就是说双电源供电时ucc5320s的欠压保护功能（uvlo）是失效的。
图5. ucc5320s内部电路示意图
ucc5320e的内部电路示意图如下，其内部uvlo电路的判断标准是vcc2对gnd2的电压，一般会把gnd2和被驱动的mosfet的源极连到一起，这样就可以保证只有在vcc2>12v即vgs>12v时驱动mosfet，避免了mosfet饱和导通。
图6. ucc5320e内部电路示意图
三、结论
1. 欠压保护功能可以避免mosfet/igbt进入饱和导通区域，避免了大的损耗和发热。
2. 在双电源供电的情况下，很多类似于ucc5320s的驱动芯片的欠压保护功能会失效，而ti的ucc5320e由于有专门的gnd2可以直接连到mosfet的源极，其欠压保护功能依然能正常工作。
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图1. mosfet的iv曲线
图2是由bjt三极管构成的mosfet的驱动电路，这个电路没有欠压保护功能，由于供电只有3.3v，当上部的三极管导通时，mosfet的门极只有3.3v电压，其很容易进入饱和区，mosfet发热严重。
图2. bjt驱动电路
ucc5320是ti推出的单通道隔离驱动，有两个版本ucc5320sc和ucc5320ec，见图3。他们都有欠压保护功能，当vcc2电压低于12v时，其内部逻辑电路会使得输出out始终为低，避免mosfet/igbt进入饱和导通区域。
图3. ucc5320框图
图4是在3.3v供电情况下（原副边都是3.3v），用ucc5320和bjt驱动电路驱动mosfet的发热情况。由于ucc5320在vcc2电压低于12v时输出始终为低，避免了mosfet出现过热（图4左边），右边是bjt驱动电路驱动mosfet，因为没有欠压保护，mosfet发热非常严重。
图4. ucc5320驱动mosfet（左）和bjt驱动mosfet（右）温度图
二、双电源供电时欠压保护电路的注意事项
ucc5320可以通过给vcc2供正电压，vee2供负电压来实现双电源供电，这个正负电压是相对于被驱动igbt的射极/mosfet的源极而言的，当关断mosfet时，vgs为负值，这样可以避免mosfet在米勒效应下误导通。igbt常见的双电源供电为+15v和-8v，sicfet常见的双电源供电为20v和-5v.
对于ucc5320s而言，其内部uvlo电路的判断标准是vcc2对vee2的电压，若其高于12v则不会触发uvlo。当vee2为-8v时，只要vcc2高于4v则不会触发uvlo，此时mosfet的驱动电压vgs只有4v，很容易进入饱和导通从而导致损耗严重。也就是说双电源供电时ucc5320s的欠压保护功能（uvlo）是失效的。
图5. ucc5320s内部电路示意图
ucc5320e的内部电路示意图如下，其内部uvlo电路的判断标准是vcc2对gnd2的电压，一般会把gnd2和被驱动的mosfet的源极连到一起，这样就可以保证只有在vcc2>12v即vgs>12v时驱动mosfet，避免了mosfet饱和导通。
图6. ucc5320e内部电路示意图
三、结论
1. 欠压保护功能可以避免mosfet/igbt进入饱和导通区域，避免了大的损耗和发热。
2. 在双电源供电的情况下，很多类似于ucc5320s的驱动芯片的欠压保护功能会失效，而ti的ucc5320e由于有专门的gnd2可以直接连到mosfet的源极，其欠压保护功能依然能正常工作。
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