探索 onsemi FAD3151MXA/71MXA：高性能單通道浮動(dòng)柵極驅(qū)動(dòng)器的卓越表現(xiàn)

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、可靠的功率開(kāi)關(guān)控制至關(guān)重要。今天，我們將深入探討 onsemi 推出的 FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 單通道浮動(dòng)汽車(chē)柵極驅(qū)動(dòng)器，看看它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中能為我們帶來(lái)哪些驚喜。

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產(chǎn)品概述

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)高達(dá) 110 V 的高速功率 MOSFET 而設(shè)計(jì)，采用 SOI 技術(shù)，能有效抵御高達(dá) -80 V 的嚴(yán)重負(fù)瞬變和接地偏移，具有出色的抗噪聲能力。這兩款驅(qū)動(dòng)器集成了去飽和檢測(cè)功能，可在短路和過(guò)流情況下保護(hù)功率開(kāi)關(guān)，還具備軟關(guān)斷特性，能防止重載條件下功率 MOSFET 出現(xiàn)過(guò)壓現(xiàn)象。此外，它們配備了雙向故障報(bào)告引腳，可在去飽和和欠壓鎖定（UVLO）時(shí)生成故障輸出，并能響應(yīng)外部故障命令，方便系統(tǒng)進(jìn)行故障通信。其中，F(xiàn)AD3171MXA 還集成了電荷泵，支持高端 MOSFET 的 100% 占空比運(yùn)行。

應(yīng)用電路原理圖

框圖

核心特性剖析

高電壓與大電流驅(qū)動(dòng)能力

這兩款驅(qū)動(dòng)器具備 110 V 浮動(dòng) Vs 能力，負(fù)瞬變能力高達(dá) -80 V，輸出源和灌電流均為 2.5 A，能夠?yàn)楣β?MOSFET 提供強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，確保其穩(wěn)定工作。

多重保護(hù)機(jī)制

• 去飽和檢測(cè)與軟關(guān)斷：通過(guò)監(jiān)測(cè)功率 MOSFET 的漏源電壓，當(dāng)出現(xiàn)去飽和情況時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)觸發(fā)軟關(guān)斷，避免功率開(kāi)關(guān)因過(guò)流而損壞。
• 欠壓鎖定（UVLO）：對(duì)輸入邏輯和輸出級(jí)進(jìn)行欠壓監(jiān)測(cè)，當(dāng)電源電壓低于設(shè)定閾值時(shí)，觸發(fā)故障保護(hù)，確保驅(qū)動(dòng)器在安全的電壓范圍內(nèi)工作。
• 雙向故障報(bào)告：雙向故障報(bào)告引腳可實(shí)時(shí)反饋驅(qū)動(dòng)器的故障狀態(tài)，并能響應(yīng)外部故障命令，方便系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和處理。

高速與高抗干擾性能

驅(qū)動(dòng)器具有短傳播延遲，dVs/dt 抗擾度最小為 ±50 V/ns，能有效抵御高速電壓變化帶來(lái)的干擾，確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。同時(shí)，它支持 3.3 V 和 5 V 輸入邏輯，輸入引腳可承受高達(dá) VDD 的電壓擺動(dòng)，具有良好的兼容性。

集成電荷泵（僅 FAD3171MXA）

FAD3171MXA 集成的電荷泵可支持高端 MOSFET 的 100% 占空比運(yùn)行，解決了長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通時(shí)自舉電容放電導(dǎo)致的欠壓?jiǎn)栴}，提高了驅(qū)動(dòng)器的可靠性和穩(wěn)定性。

其他特性

這兩款驅(qū)動(dòng)器采用 SOIC - 8 封裝，符合汽車(chē)級(jí) AEC Q100 標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)鉛且符合 RoHS 規(guī)范，適用于各種汽車(chē)電子應(yīng)用。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

• MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)：可用于 80V 和 100V MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)，為功率開(kāi)關(guān)提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
• 48 V 系統(tǒng)應(yīng)用：在 48 V 皮帶啟動(dòng)發(fā)電機(jī)、48 V 輔助電機(jī)控制（如空調(diào)壓縮機(jī)、電子渦輪等）、48 V 電池開(kāi)關(guān)、48 V DC - DC 轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。
• 其他應(yīng)用：還可用于 PTC 加熱器、主動(dòng)放電電路等。

電氣特性詳解

電源部分

驅(qū)動(dòng)器對(duì) Vs 和 VDD 電源進(jìn)行欠壓監(jiān)測(cè)，分別設(shè)置了正向和負(fù)向閾值。在啟動(dòng)過(guò)程中，Vs 有一定的壓擺率限制，同時(shí)還規(guī)定了不同電源的靜態(tài)和工作電流，以及偏移電源的泄漏電流。

邏輯輸入部分

輸入引腳具有 40 ns 的脈沖濾波時(shí)間，可過(guò)濾短脈沖信號(hào)，避免輸出狀態(tài)誤觸發(fā)。

故障部分

定義了故障輸出的電壓電平、故障引腳的下拉電阻、去飽和檢測(cè)閾值等參數(shù)，以及去飽和檢測(cè)到 HO 和 FLT 的傳播延遲、FLT 鎖定持續(xù)時(shí)間等。

柵極驅(qū)動(dòng)輸出部分

規(guī)定了高、低電平輸出電壓、源和灌峰值脈沖電流、允許的負(fù) Vs 引腳電壓、驅(qū)動(dòng)輸出上拉和下拉電阻等參數(shù)，確保驅(qū)動(dòng)器能夠?yàn)楣β?MOSFET 提供合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

電荷泵部分（僅 FAD3171MXA）

FAD3171MXA 的電荷泵具有特定的開(kāi)啟和關(guān)閉閾值、遲滯特性、輸出電流能力和振蕩頻率，能在需要時(shí)為高端 MOSFET 提供穩(wěn)定的電源支持。

動(dòng)態(tài)部分

包括輸入脈沖濾波時(shí)間、導(dǎo)通和關(guān)斷傳播延遲、上升和下降時(shí)間、VDD 和 VBS 欠壓濾波時(shí)間、外部 FLT 脈沖寬度等參數(shù)，反映了驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

功能特性深入解讀

輸入和故障信號(hào)緩沖

驅(qū)動(dòng)器的輸入和故障引腳分別設(shè)有 40 ns 和 3 μs 的濾波器，可有效過(guò)濾短脈沖噪聲，避免輸出狀態(tài)誤觸發(fā)，提高了驅(qū)動(dòng)器的抗干擾能力。

VDD 和 VBS 欠壓鎖定（UVLO）

UVLO 監(jiān)測(cè)電路對(duì) VDD 和 VBS 電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)電壓低于閾值時(shí)，根據(jù)欠壓持續(xù)時(shí)間采取不同的保護(hù)措施。在欠壓初期，驅(qū)動(dòng)器輸出正常；超過(guò) 10 μs 后，觸發(fā)故障保護(hù)，故障引腳拉低，直到欠壓情況消失或 FLT 鎖定持續(xù)時(shí)間結(jié)束。

去飽和保護(hù)與軟關(guān)斷

驅(qū)動(dòng)器通過(guò)去飽和檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)功率 MOSFET 的漏源電壓，當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，觸發(fā)軟關(guān)斷保護(hù)。輸出通過(guò)大的關(guān)斷電阻緩慢拉低，減少了功率開(kāi)關(guān)上的電壓過(guò)沖，保護(hù)了器件安全。同時(shí)，還詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn)去飽和保護(hù)所需的外部組件及其作用。

外部故障觸發(fā)

雙向故障報(bào)告引腳可響應(yīng)外部故障信號(hào)，當(dāng)外部 FLT 引腳拉低時(shí)間超過(guò) 3 μs 時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出關(guān)閉。該功能允許多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器的故障引腳互連，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)短路（ASC）保護(hù)。

電荷泵實(shí)現(xiàn) 100% 占空比運(yùn)行

FAD3171MXA 的電荷泵可在高端開(kāi)關(guān)長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通時(shí)，為自舉電容補(bǔ)充電荷，防止欠壓鎖定保護(hù)觸發(fā)。電荷泵僅在需要時(shí)開(kāi)啟，以減少連續(xù)功耗。其開(kāi)啟條件包括 VDD 電壓高于正閾值、Vs 電壓高于 24 V、VBS 電壓低于開(kāi)啟閾值；關(guān)閉條件為 VBS 電壓高于關(guān)閉閾值或 VDD 電壓低于負(fù)閾值。

總結(jié)與思考

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 單通道浮動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器憑借其卓越的性能和豐富的功能特性，為汽車(chē)電子和其他高壓應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)，并注意外部組件的參數(shù)設(shè)置和布局，以充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)器的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于電荷泵的使用，需要注意其工作條件和輸出能力，確保在高占空比運(yùn)行時(shí)能夠穩(wěn)定供電。大家在使用這兩款驅(qū)動(dòng)器的過(guò)程中，是否遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。