FAN3268：低電壓 PMOS - NMOS 橋驅(qū)動器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，選擇合適的驅(qū)動器對于電路的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一下 ON Semiconductor 生產(chǎn)的 FAN3268 雙 2A 柵極驅(qū)動器，看看它在電機(jī)控制等應(yīng)用中能帶來怎樣的優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

FAN3268 是一款專門為電機(jī)控制應(yīng)用優(yōu)化的驅(qū)動器，它能夠驅(qū)動高端 P 溝道 MOSFET 和低端 N 溝道 MOSFET，適用于最高 18V 電壓軌的應(yīng)用場景。該驅(qū)動器具有 TTL 輸入閾值，可實(shí)現(xiàn)邏輯輸入的緩沖和電平轉(zhuǎn)換功能。內(nèi)部電路具備欠壓鎖定功能，當(dāng) VDD 電源電壓低于工作水平時，能防止輸出開關(guān)器件工作。同時，內(nèi)部的 100k 電阻會在啟動期間，在邏輯控制信號可能不存在的情況下，將同相輸出拉低，反相輸出拉至 VDD，從而使外部 MOSFET 保持關(guān)斷狀態(tài)。

二、產(chǎn)品特性

1. 寬工作電壓范圍

FAN3268 的工作電壓范圍為 4.5V 至 18V，這使得它能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，為工程師在設(shè)計電路時提供了更大的靈活性。

2. 強(qiáng)大的驅(qū)動能力

它能夠驅(qū)動電機(jī)控制或降壓應(yīng)用中的高端 PMOS 和低端 NMOS，在 Vout = 6V 時，具有 2.4A 灌電流和 1.6A 拉電流的能力，為 MOSFET 的快速開關(guān)提供了有力支持。

3. 獨(dú)特的 MillerDrive 技術(shù)

采用 MillerDrive 架構(gòu)的最終輸出級，這種雙極 - MOSFET 組合在 MOSFET 開關(guān)過程的米勒平臺階段提供高電流，可有效減少開關(guān)損耗，同時具備軌到軌電壓擺幅和反向電流能力。

4. 獨(dú)立使能引腳

擁有兩個獨(dú)立的使能引腳，默認(rèn)狀態(tài)為開啟。如果同相通道 A 的使能引腳被拉低，OUTA 將被強(qiáng)制拉低；如果反相通道 B 的使能引腳被拉低，OUTB 將被強(qiáng)制拉高。若輸入未連接，內(nèi)部電阻會使外部 MOSFET 保持關(guān)斷狀態(tài)。

5. 其他特性

• 采用 8 引腳 SOIC 封裝，便于安裝和布局。
• 工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，具有良好的溫度適應(yīng)性。
• 是無鉛器件，符合環(huán)保要求。

三、引腳定義與輸出邏輯

1. 引腳定義

2. 輸出邏輯

四、電氣特性與性能

1. 絕對最大額定值

在使用 FAN3268 時，需要注意其絕對最大額定值，如 VDD 電壓范圍為 -0.3V 至 20.0V，引腳電壓范圍也有相應(yīng)的限制，超過這些額定值可能會損壞器件，影響其可靠性。

2. 電氣特性

在典型工作條件下（TJ = 25°C），F(xiàn)AN3268 具有一系列電氣特性，如工作電壓范圍為 4.5V 至 18.0V，靜態(tài)供電電流在輸入和使能未連接時為 0.75mA 至 1.20mA 等。此外，它還具有特定的輸入閾值、使能閾值、輸出電流和上升/下降時間等參數(shù)，這些參數(shù)對于電路的設(shè)計和性能評估至關(guān)重要。

3. 典型性能特性

通過一系列典型性能特性曲線，我們可以了解 FAN3268 在不同條件下的性能表現(xiàn)，如靜態(tài)供電電流與電源電壓、頻率和溫度的關(guān)系，輸入閾值與電源電壓和溫度的關(guān)系，以及傳播延遲、上升/下降時間等與電源電壓和溫度的關(guān)系。這些曲線為工程師在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)化電路性能提供了重要參考。

五、應(yīng)用與設(shè)計要點(diǎn)

1. 輸入閾值

FAN3268 具有 TTL 輸入閾值，能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯輸入的緩沖和電平轉(zhuǎn)換。輸入閾值符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯閾值，與 VDD 電壓無關(guān)，且具有約 0.4V 的遲滯電壓。為了確保正常工作，驅(qū)動 TTL 輸入的信號應(yīng)具有快速的上升和下降沿，壓擺率應(yīng)不低于 6V/s，從 0 到 3.3V 的上升時間應(yīng)不超過 550ns。

2. 靜態(tài)供電電流

在 IDD（靜態(tài)）典型性能特性曲線中，當(dāng)所有輸入和使能浮空（OUT 為低電平）時，曲線顯示了測試配置下的最低靜態(tài) IDD 電流。對于其他狀態(tài)，額外的電流會通過框圖中輸入和輸出的 100k 電阻，實(shí)際靜態(tài) IDD 電流為曲線值加上額外電流。

3. MillerDrive 柵極驅(qū)動技術(shù)

FAN3268 的 MillerDrive 架構(gòu)通過在 MOSFET 開關(guān)過程的米勒平臺區(qū)域提供高電流，加快了開關(guān)速度。在 MOSFET 開關(guān)期間的零電壓開關(guān)應(yīng)用中，即使沒有米勒平臺，驅(qū)動器也能提供高峰值電流，以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，這在同步整流應(yīng)用中尤為常見。輸出引腳的壓擺率由 VDD 電壓和輸出負(fù)載決定，若需要較慢的 MOSFET 柵極上升或下降時間，可以添加串聯(lián)電阻。

4. 欠壓鎖定

內(nèi)部電路的欠壓鎖定功能可防止 VDD 電源電壓低于工作水平時輸出開關(guān)器件工作。當(dāng) VDD 上升但低于 3.9V 工作水平時，內(nèi)部 100k 電阻會使同相輸出拉低，反相輸出拉至 VDD，以保持外部 MOSFET 在啟動期間關(guān)斷。部分啟動后，電源電壓必須下降 0.2V 才會關(guān)閉，這種遲滯特性有助于防止低 VDD 電源電壓存在電源開關(guān)噪聲時出現(xiàn)抖動。

5. VDD 旁路電容

為了使 IC 能夠快速開啟器件，應(yīng)在 VDD 和 GND 引腳之間連接一個低 ESR 和 ESL 的本地高頻旁路電容 CBYP，且走線長度應(yīng)盡量短。選擇 CBYP 的值時，通常要將 VDD 電源上的紋波電壓保持在 ≤5%，一般選擇值 ≥20 倍等效負(fù)載電容 CEQV（定義為 QGATE / VDD）的陶瓷電容，如 0.1μF 至 1μF 或更大的電容，同時可選擇具有良好溫度特性和高脈沖電流能力的電介質(zhì)，如 X5R 和 X7R。如果電路噪聲影響正常運(yùn)行，可以增加 CBYP 的值至 50 - 100 倍 CEQV，或者將 CBYP 分成兩個電容，一個基于等效負(fù)載電容選擇較大值，另一個選擇較小值（如 1 - 10nF）并靠近 VDD 和 GND 引腳，以承載電流脈沖的高頻分量。

6. 布局和連接

在布局和連接 FAN3268 時，應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：

• 保持高電流輸出和電源接地路徑與邏輯和使能輸入信號及信號接地路徑分離，特別是在處理驅(qū)動器輸入和使能引腳的 TTL 電平邏輯閾值時。
• 盡量將驅(qū)動器靠近負(fù)載，以減小高電流走線的長度，降低串聯(lián)電感，改善高速開關(guān)性能，同時減少可能輻射 EMI 到驅(qū)動器輸入和周圍電路的環(huán)路面積。
• 若通道的輸入未外部連接，框圖中所示的內(nèi)部 100k 電阻會使通道 A 輸出低電平，通道 B 輸出高電平。在嘈雜環(huán)境中，可能需要使用短走線將未使用通道的輸入或使能連接到 VDD 或 GND，以防止噪聲導(dǎo)致輸出誤觸發(fā)。
• 許多高速電源電路容易受到自身輸出或其他外部源注入的噪聲影響，可能導(dǎo)致輸出重新觸發(fā)。為了獲得最佳效果，應(yīng)盡量使所有引腳的連接短而直接，同時最小化導(dǎo)通和關(guān)斷電流路徑。

  7. 熱設(shè)計

  在高頻開關(guān) MOSFET 和 IGBT 的應(yīng)用中，柵極驅(qū)動器會消耗大量功率。因此，確定驅(qū)動器的功率損耗和結(jié)溫對于確保器件在可接受的溫度范圍內(nèi)工作至關(guān)重要?？偣β蕮p耗由柵極驅(qū)動損耗（PGATE）和動態(tài)預(yù)驅(qū)動/直通電流損耗（PDYNAMIC）兩部分組成，計算公式分別為： [P{GATE }=Q{G} × V{GS} × f{SW} × n] [P{DYNAMIC }=I{DYNAMIC } × V{DD} × n] 其中，n 為使用的驅(qū)動器通道數(shù)（1 或 2）。確定驅(qū)動器的功率損耗后，可以使用以下熱方程評估驅(qū)動器結(jié)相對于電路板的溫升： [T{J}=P{TOTAL } × Psi{JB}+T_{B}] 其中，TJ 為驅(qū)動器結(jié)溫，