如何使用栅极驱动器设备来控制继电器

虽然 MOSFET/IGBT 栅极驱动器设计用于以短时间高峰值电流驱动高频容性负载，但我们知道它们还可以驱动感性负载，例如功率继电器线圈吗？这就是 MOSFET/IGBT 栅极驱动器的秘密生命。

这不是新概念。当它们驱动感性负载时，它们通常以低得多的频率切换，驱动电流受线圈电阻的限制。栅极驱动 IC 已用于驱动电感负载，例如栅极驱动变压器，但频率范围为数十至数百千赫。

随着功率继电器在汽车和工业应用（例如家用电表和智能电网）中的使用增加，需要能够通过微控制器控制大功率继电器。这样做有一定的挑战，所有这些都可以通过采用栅极驱动器轻松解决。我们将在这篇博文中讨论如何使用栅极驱动器设备来控制继电器。

继电器线圈需要的电流和电压远高于微控制器所能提供的电压。除了提供电源外，还需要在电压方面提供某种形式的电平转换，以使微处理器能够控制电子计量等应用中的大功率继电器。

大功率自锁继电器的主要功能是安全地连接和断开电源。

图 1：单相电表

UCC27524A是一款双通道栅极驱动器，最初设计用于驱动 MOSFET 和 IGBT 形式的容性负载。该器件能够在短时间内提供和吸收高达 5A 的峰值电流。Vdd 范围为 4.5V 至 18V，使其能够涵盖使用 12V 或 15V 继电器驱动的应用。输入引脚阈值基于 TTL（晶体管-晶体管逻辑）和 CMOS（互补金属氧化物半导体）兼容的低压逻辑，该逻辑是固定的且独立于电源轨电压。这允许直接连接到微处理器，并提供必要的电平转换来驱动继电器。

让我们看看如何使用UCC27524A来驱动像 K100 这样的双线圈锁存继电器。

UCC27524A器件是一款双通道、高速、低侧、栅极驱 动器器件，此器件能够有效地驱动金属氧化物半导体场 效应晶体管（MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管（IGBT) 电源开关。UCC27524A是UCC2752X系列的一个变 化器件。为了增加稳定耐用性，UCC27524A在输入 引脚上增加了直接处理-5V电压的能力。
UCC27524A是一款双路非反相驱动器。使用能够从 内部大大降低击穿电流的设计，UCC27524A能够将高 达5A源电流和5A灌电流的高峰值电流脉传送到电容 负载，此器件还具有轨到轨驱动能力和典型值为13ns 的极小传播延迟。除此之外，此驱动器特有两个通道 间相匹配的内部传播延迟，这一特性使得此驱动器非常 适合于诸如间步整流器等对于双栅极驱动有严格计时要 求的应用。这还使得两个通道可以并连，以有效地增 加电流驱动能力或者使用一个单一输入信号驱动两个并 联在一起的开关。输入引脚阀值基于TTL和CMOS 兼容低压逻辑，此逻辑是固定的并且与VDD电源电压 无关。高低阀值间的宽滞后提供了出色的抗扰度。

■4.5V至18V单电源范围
■VDD欠压闭锁（UVLO)期间输出保持低电平（确保 加电和断电时无毛刺脉冲运行）
■快速传播延迟（典型值13ns)
■快速上升和下降时间（典型值7ns和6ns)
■两通道间的延迟匹配时间典型值为1ns
■针对更高的驱动电流，两个输出可以并联
■当输入浮动时输出保持低电平

电路详情请参见图 2 和图 3

图 2：双线圈配置驱动电路的简化原理图

图 3：电子计量应用中闭锁继电器的双线圈配置

我搭建了一个简单的测试电路，使用UCC25724A栅极驱动器提供 100 毫秒宽的脉冲来触发闭锁继电器（图 4）。

图 4：测试电路

图 5：锁存继电器驱动的波形

继电器驱动器在低频（低于 1Hz）下工作，持续时间为 20ms 至 200ms，如图 5 和 7 所示的波形。线圈电阻限制了峰值电流，工作电压功耗不太可能成为问题。此外，许多栅极驱动器 IC 都具有热焊盘热管理功能，例如 MSOP-8 PowerPAD™ 封装。

相同的概念适用于单线圈自锁继电器：

图 6：单线圈配置驱动电路的简化原理图 

图 7：单线圈配置波形

这就是它的全部内容：使用 MOSFET/IGBT 栅极驱动器简化微控制器的继电器驱动。我们将 MOSFET 栅极驱动器用于哪些替代应用？