高性能雙MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器NCP81085：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子電路設(shè)計(jì)中，MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器是實(shí)現(xiàn)高效功率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件。今天我們就來(lái)深入探討安森美（onsemi）推出的高性能雙MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器NCP81085，看看它在同步降壓轉(zhuǎn)換器中是如何發(fā)揮作用的。

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一、NCP81085簡(jiǎn)介

NCP81085專為同步降壓轉(zhuǎn)換器中的高側(cè)和低側(cè)功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)而優(yōu)化。它采用片上自舉二極管，無(wú)需外部離散二極管，其高浮動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)可承受高達(dá)180V的HB電壓。低側(cè)和高側(cè)獨(dú)立控制，導(dǎo)通和關(guān)斷之間的匹配時(shí)間為4ns，并且高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器都具備獨(dú)立的欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)功能，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓低于特定閾值時(shí)，輸出將被強(qiáng)制拉低。

二、關(guān)鍵特性

2.1 驅(qū)動(dòng)能力

能夠驅(qū)動(dòng)高側(cè)和低側(cè)配置的兩個(gè)N溝道MOSFET，浮動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)器可承受高達(dá)180V的升壓電壓，開關(guān)頻率最高可達(dá)1MHz 。

2.2 高速性能

傳播延遲時(shí)間僅20ns，這意味著它能夠快速響應(yīng)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高效的開關(guān)動(dòng)作。

2.3 大電流輸出

具備4A灌電流和4A拉電流的輸出能力，能夠?yàn)镸OSFET提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流。

2.4 快速上升/下降時(shí)間

在1000pF負(fù)載下，上升時(shí)間為8ns，下降時(shí)間為7ns，有助于減少開關(guān)損耗。

2.5 欠壓保護(hù)

UVLO保護(hù)在 -40°C至140°C的溫度范圍內(nèi)都能正常工作，確保在電壓異常時(shí)保護(hù)器件。

2.6 環(huán)保封裝

采用WDFN9 (MT) 封裝，無(wú)鉛、無(wú)鹵素/無(wú)溴化阻燃劑，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

三、引腳說(shuō)明與參數(shù)

3.1 引腳功能

3.2 最大額定值

包括VDD、VHB、VHO等引腳的電壓范圍，以及工作結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度、引腳焊接溫度等參數(shù)。例如，VDD的電壓范圍為 -0.3至24V，工作結(jié)溫范圍為 -40至170°C 。超出這些額定值可能會(huì)損壞器件，影響其可靠性。

3.3 推薦工作條件

規(guī)定了VDD、VHS、VHB等參數(shù)的推薦范圍，如VDD的推薦電壓范圍為8.5至20V 。在這些條件下工作，器件能夠發(fā)揮最佳性能。

四、電氣特性

4.1 電源電流

包括VDD靜態(tài)電流、VDD工作電流、自舉電壓靜態(tài)電流和工作電流等。例如，VDD靜態(tài)電流典型值為0.85mA 。

4.2 欠壓保護(hù)

VDD上升閾值典型值為7.1V，具有0.58V的滯后；VHB上升閾值典型值為6.5V，具有0.5V的滯后。

4.3 柵極驅(qū)動(dòng)器特性

低側(cè)和高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓、峰值拉電流和灌電流等特性。如低側(cè)和高側(cè)的峰值拉電流和灌電流均為4A 。

4.4 傳播延遲和延遲匹配

傳播延遲時(shí)間在不同溫度和負(fù)載條件下的典型值為20ns至50ns，延遲匹配時(shí)間在3.5至14ns之間。

4.5 輸出上升和下降時(shí)間

在1000pF負(fù)載下，上升時(shí)間為8ns，下降時(shí)間為7ns 。

五、應(yīng)用信息

5.1 低側(cè)驅(qū)動(dòng)器

設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)低RDS(ON)的N溝道MOSFET，典型輸出電阻為源極1.5歐姆，漏極1歐姆。由于封裝、驅(qū)動(dòng)電路的寄生電感以及MOSFET輸出電阻的非線性，記錄的峰值電流接近4A 。在1nF負(fù)載下，上升時(shí)間為8ns，下降時(shí)間為7ns 。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器啟用時(shí)，輸出與LI輸入同相；禁用時(shí)，低側(cè)柵極被拉低。

5.2 高側(cè)驅(qū)動(dòng)器

用于驅(qū)動(dòng)浮動(dòng)的低RDS(ON) N溝道MOSFET，輸出電阻同樣為源極1.5歐姆，漏極1歐姆。偏置電壓通過連接在HB和HS引腳之間的外部自舉電源電路實(shí)現(xiàn)。自舉電路僅由自舉電容組成，因?yàn)樽耘e二極管集成在芯片內(nèi)部。啟動(dòng)時(shí)，HS引腳接地，自舉電容通過內(nèi)部二極管充電至VDD 。當(dāng)HI信號(hào)變高時(shí)，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器開始導(dǎo)通高側(cè)MOSFET，隨著外部MOSFET導(dǎo)通，HS引腳上升到VIN，HB引腳電壓變?yōu)閂IN + VBstCap，足以維持開關(guān)導(dǎo)通。當(dāng)?shù)蛡?cè)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，HS引腳被拉低，自舉電容再次充電至VDD 。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器的輸出與HI輸入同相，禁用時(shí)，高側(cè)柵極被拉低。

5.3 UVLO保護(hù)

高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器的偏置電源都具備UVLO保護(hù)。VDD UVLO在VDD電壓超過指定閾值時(shí)禁用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器，典型上升閾值為7.1V，滯后為0.58V 。VHB UVLO在VHB - VHS低于指定閾值時(shí)僅禁用高側(cè)驅(qū)動(dòng)器，典型上升閾值為6.5V，滯后為0.5V 。設(shè)計(jì)者需要考慮輸出通道對(duì)邏輯輸入響應(yīng)前有40μs的延遲。

5.4 輸入級(jí)

NCP81085的輸入級(jí)與TTL兼容，邏輯上升閾值為2.4V，邏輯下降閾值為1.6V 。

5.5 布局指南

由于柵極驅(qū)動(dòng)器在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間會(huì)經(jīng)歷高di/dt，因此必須盡量減小柵極驅(qū)動(dòng)走線的電感，以避免開關(guān)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)過度振鈴。柵極驅(qū)動(dòng)走線應(yīng)盡可能短而寬（> 20mil），輸入電容應(yīng)盡可能靠近IC放置，NCP81085的VSS引腳應(yīng)盡可能靠近下MOSFET的源極連接。使用過孔可以最大程度地提高驅(qū)動(dòng)器的熱傳導(dǎo)。

六、總結(jié)

NCP81085作為一款高性能的雙MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器，具有高速、大電流輸出、欠壓保護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于電信、數(shù)據(jù)通信、D類音頻放大器等多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)實(shí)際需求合理選擇工作參數(shù)，并遵循布局指南，以確保器件的性能和可靠性。大家在使用NCP81085的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。