深入解析 onsemi NCP81075 雙 MOSFET 柵極驅(qū)動器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，高效且可靠的 MOSFET 柵極驅(qū)動器至關(guān)重要。今天我們就來詳細(xì)探討 onsemi 推出的 NCP81075 雙 MOSFET 柵極驅(qū)動器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

NCP81075 是一款高性能的雙 MOSFET 柵極驅(qū)動器，專為同步降壓轉(zhuǎn)換器中的高端和低端功率 MOSFET 柵極驅(qū)動而優(yōu)化。它采用片內(nèi)自舉二極管，無需外部離散二極管，其高浮動頂部驅(qū)動器設(shè)計可承受高達(dá) 180V 的 HB 電壓。此外，低端和高端驅(qū)動器獨(dú)立控制，開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時間匹配精度達(dá) 4ns，還為高端和低端驅(qū)動器提供獨(dú)立的欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)。

二、產(chǎn)品特性

1. 驅(qū)動能力：能夠驅(qū)動高端和低端配置的兩個 N 溝道 MOSFET，浮動頂部驅(qū)動器可承受高達(dá) 180V 的升壓電壓。
2. 高頻性能：開關(guān)頻率高達(dá) 1MHz，傳播延遲時間僅 20ns，能夠滿足高速開關(guān)應(yīng)用的需求。
3. 輸出電流：具有 4A 的灌電流和拉電流能力，在 1000pF 負(fù)載下，上升時間為 8ns，下降時間為 7ns，快速的上升和下降時間有助于提高開關(guān)效率。
4. 保護(hù)功能：具備 UVLO 保護(hù)，可在驅(qū)動電壓低于特定閾值時強(qiáng)制輸出為低電平，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
5. 工作溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C 至 140°C，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。
6. 封裝形式：提供 SOIC - 8 (D)、DFN8 (MN)、WDFN10 (MT) 等多種封裝形式，并且這些器件無鉛、無鹵素、符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)。

三、應(yīng)用場景

NCP81075 適用于多種領(lǐng)域，包括電信和數(shù)據(jù)通信、隔離和非隔離電源架構(gòu)、D 類音頻放大器以及雙開關(guān)和有源鉗位正激轉(zhuǎn)換器等。

四、引腳說明

五、電氣特性

1. 最大額定值：涵蓋了各個引腳的電壓范圍、工作結(jié)溫范圍、存儲溫度、焊接溫度以及靜電放電抗擾度等參數(shù)。例如，VDD 電壓范圍為 -0.3V 至 24V，VHB 電壓范圍為 -0.3V 至 200V 等。超過這些最大額定值可能會損壞器件，影響其功能和可靠性。
2. 推薦工作條件：給出了電源電壓范圍、HS 引腳電壓、HB 引腳電壓、電壓轉(zhuǎn)換速率以及工作結(jié)溫范圍等推薦值。如 VDD 電源電壓范圍為 8.5V 至 20V，VHS 引腳直流電壓范圍為 -10V 至 180 - VDD 等。在推薦工作條件下，器件能夠穩(wěn)定工作。
3. 電氣/熱特性：包括結(jié)到環(huán)境、結(jié)到電路板、結(jié)到外殼的熱阻等參數(shù)，以及濕度敏感度等級。不同封裝形式的熱特性有所差異，例如 SOIC 封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻為 116°C/W 等。
4. 電氣特性：詳細(xì)列出了電源電流、輸入閾值、欠壓保護(hù)閾值、自舉二極管特性、柵極驅(qū)動器輸出電壓和電流等參數(shù)。例如，在 f = 500kHz，CLOAD = 0 時，DD 電源電流典型值為 7.3mA，最大值為 15mA。

六、工作原理

1. 低端驅(qū)動器

設(shè)計用于驅(qū)動低 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)動電路的寄生電感以及 MOSFET 的非線性特性，記錄的峰值電流接近 4A。在 1nF 負(fù)載下，上升時間為 8ns，下降時間為 7ns。當(dāng)驅(qū)動器啟用時，輸出與 LI 輸入同相；禁用時，低端柵極保持低電平。

2. 高端驅(qū)動器

用于驅(qū)動浮動的低 RDS(ON) N 溝道 MOSFET，輸出電阻同樣為源極 1.5 歐姆，漏極 1 歐姆。高端驅(qū)動器的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現(xiàn)。自舉電路僅包含自舉電容，因為自舉二極管集成在芯片內(nèi)部。啟動時，HS 引腳接地，自舉電容通過內(nèi)部二極管充電至 VDD。當(dāng) HI 輸入為高電平時，高端驅(qū)動器從自舉電容中提取電荷，開啟高端 MOSFET。外部 MOSFET 導(dǎo)通后，HS 引腳上升至 VIN，HB 引腳電壓為 VIN + VBstCap，為開關(guān)提供足夠的柵源電壓。MOSFET 關(guān)斷時，柵極電壓被拉低至 HS 引腳電壓。當(dāng)?shù)投?MOSFET 導(dǎo)通時，HS 引腳接地，自舉電容再次充電至 VDD。高端驅(qū)動器的輸出與 HI 輸入同相，禁用時，高端柵極保持低電平。

七、設(shè)計注意事項

1. UVLO 保護(hù)

高端和低端驅(qū)動器的偏置電源均具備 UVLO 保護(hù)。VDD 的 UVLO 在 VDD 電壓超過指定閾值時禁用兩個驅(qū)動器，典型上升閾值為 7.1V，滯后為 0.58V；VHB 的 UVLO 在 VHB 至 VHS 低于指定閾值時僅禁用高端驅(qū)動器，典型上升閾值為 6.5V，滯后為 0.5V。設(shè)計者需考慮輸出通道對邏輯輸入做出響應(yīng)前有 40μs 的延遲。

2. 輸入級

NCP81075 的輸入級與 TTL 兼容，邏輯上升閾值為 VHIH、VLIH，邏輯下降閾值為 VHIL、VLIL。

3. 布局指南

柵極驅(qū)動器在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間會產(chǎn)生高 di/dt，因此必須盡量減小柵極驅(qū)動走線的電感，以避免開關(guān)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)過多振鈴。柵極驅(qū)動走線應(yīng)盡可能短而寬（> 20mil），輸入電容應(yīng)盡可能靠近 IC 放置，NCP81075 的 VSS 引腳應(yīng)盡可能靠近低端 MOSFET 的源極。此外，使用過孔有助于提高驅(qū)動器的散熱性能。

八、總結(jié)

NCP81075 作為一款高性能的雙 MOSFET 柵極驅(qū)動器，憑借其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在同步降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計中提供了可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇封裝形式，嚴(yán)格遵循推薦工作條件和布局指南，充分發(fā)揮該驅(qū)動器的性能優(yōu)勢。同時，對于一些特殊的應(yīng)用場景，如 Boost 調(diào)節(jié)器啟動時，需要特別注意自舉電容的預(yù)充電問題，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。大家在使用過程中有沒有遇到過類似的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。