深入解析onsemi FAN3223/FAN3224/FAN3225高速低側(cè)雙4A柵極驅(qū)動(dòng)器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，柵極驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)MOSFET等功率器件的關(guān)鍵組件，它對(duì)于提高系統(tǒng)效率、降低功耗和增強(qiáng)可靠性起著至關(guān)重要的作用。今天我們就來深入了解一下onsemi推出的FAN3223/FAN3224/FAN3225系列高速低側(cè)雙4A柵極驅(qū)動(dòng)器。

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一、產(chǎn)品概述

FAN3223 - 25系列是專為低側(cè)開關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)的雙4A柵極驅(qū)動(dòng)器，能夠在短開關(guān)間隔內(nèi)提供高峰值電流脈沖，以驅(qū)動(dòng)N溝道增強(qiáng)型MOSFET。該系列驅(qū)動(dòng)器有TTL或CMOS輸入閾值可供選擇，內(nèi)部電路具備欠壓鎖定（UVLO）功能，可確保在電源電壓處于工作范圍內(nèi)時(shí)才使輸出有效。此外，其A和B通道之間的內(nèi)部傳播延遲匹配，適用于對(duì)時(shí)序要求嚴(yán)格的雙柵極驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，如同步整流器，還能通過并聯(lián)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器來有效加倍驅(qū)動(dòng)單個(gè)MOSFET的電流能力。

二、產(chǎn)品特性

1. 電氣特性

• 寬工作電壓范圍：支持4.5V至18V的工作電壓范圍，部分型號(hào)（如FAN3224TU）的工作電壓范圍為9.5V至18V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 高峰值電流能力：在(V{DD}=12V)時(shí)，具有5A的峰值灌/拉電流；在(V{OUT}=6V)時(shí)，灌電流為4.3A，拉電流為2.8A，能夠快速驅(qū)動(dòng)MOSFET。
• 快速開關(guān)速度：典型的上升/下降時(shí)間為12ns/9ns（2.2nF負(fù)載），典型傳播延遲小于20ns，且通道間匹配誤差在1ns以內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)操作。

  2. 功能特性

• 多種驅(qū)動(dòng)類型：提供三種版本的雙獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器，包括雙反相 + 使能（FAN3223）、雙同相 + 使能（FAN3224）和雙輸入（FAN3225），滿足不同的電路設(shè)計(jì)需求。
• 內(nèi)部電阻保護(hù)：如果沒有輸入信號(hào)，內(nèi)部電阻會(huì)使驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。
• MillerDrive技術(shù)：采用MillerDrive架構(gòu)，在MOSFET開關(guān)過程的米勒平臺(tái)階段提供大電流，可有效降低開關(guān)損耗，同時(shí)具備軌到軌電壓擺幅和反向電流能力。

  3. 封裝與溫度特性

• 封裝形式：提供8引腳SOIC和8引腳SOIC外露焊盤（SOIC - EP）封裝，方便不同的PCB布局需求。
• 寬溫度范圍：額定環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，適用于各種工業(yè)和汽車應(yīng)用。
• 汽車級(jí)認(rèn)證：符合AEC - Q100汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可用于汽車電子系統(tǒng)。

三、引腳定義與輸出邏輯

1. 引腳定義

該系列驅(qū)動(dòng)器的引腳包括使能輸入（ENA、ENB）、輸入（INA、INA+、INA - 、INB、INB+、INB - ）、輸出（OUTA、OUTB）、電源（VDD）和地（GND）等。使能引腳用于控制相應(yīng)通道的驅(qū)動(dòng)器，輸入引腳接收控制信號(hào)，輸出引腳驅(qū)動(dòng)MOSFET。

2. 輸出邏輯

不同型號(hào)的輸出邏輯有所不同，例如FAN3223為反相驅(qū)動(dòng)器，F(xiàn)AN3224為同相驅(qū)動(dòng)器，F(xiàn)AN3225每個(gè)通道有雙極性輸入，可配置為同相或反相驅(qū)動(dòng)，并可通過第二個(gè)輸入實(shí)現(xiàn)可選的使能功能。具體的輸出邏輯可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的真值表。

四、應(yīng)用指南

1. 輸入閾值選擇

FAN322x系列提供TTL和CMOS兩種輸入閾值版本。TTL輸入閾值獨(dú)立于(V{DD})電壓，具有約0.4V的滯后電壓，要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有快速的上升和下降沿；CMOS輸入閾值依賴于(V{DD})電平，在(V{DD}=12V)時(shí)，邏輯上升沿閾值約為(V{DD})的55%，下降沿閾值約為38%，具有約17% (V_{DD})的滯后電壓，可用于相對(duì)緩慢的邊沿信號(hào)。

2. 靜態(tài)電源電流

在所有輸入/使能引腳浮空（輸出為低）時(shí)，靜態(tài)電源電流最小。當(dāng)輸入或使能引腳有信號(hào)時(shí)，額外的電流會(huì)通過內(nèi)部的100k電阻，實(shí)際靜態(tài)電流為曲線值加上這部分額外電流。

3. MillerDrive技術(shù)應(yīng)用

MillerDrive架構(gòu)通過在MOSFET開關(guān)過程的米勒平臺(tái)階段提供大電流，加快了開關(guān)速度。在零電壓開關(guān)應(yīng)用中，即使沒有米勒平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)器也能提供高峰值電流以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，常用于同步整流器應(yīng)用。

4. 欠壓鎖定（UVLO）功能

UVLO功能確保IC在電源電壓低于UVLO電平之前輸出保持低電平，電源電壓上升超過UVLO電平后，IC正常工作；電源電壓下降0.2V后，IC才會(huì)關(guān)閉，可防止低(V_{DD})電源電壓噪聲引起的抖動(dòng)。但該功能不適用于驅(qū)動(dòng)高端P溝道MOSFET。

5. (V_{DD})旁路電容選擇

為了使IC能夠快速開啟設(shè)備，應(yīng)在VDD和GND引腳之間連接一個(gè)低ESR和ESL的高頻旁路電容(C{BYP})，其值通常應(yīng)大于等效負(fù)載電容(C{EQV})的20倍，以保持(V{DD})電源的紋波電壓≤5%。在存在電路噪聲時(shí)，可增加(C{BYP})的值或使用兩個(gè)電容組合。

6. 布局和連接指南

• 分離高低電流路徑：將高電流輸出和電源地路徑與邏輯和使能輸入信號(hào)及信號(hào)地路徑分開，特別是在處理TTL電平邏輯閾值時(shí)。
• 靠近負(fù)載放置：將驅(qū)動(dòng)器盡可能靠近負(fù)載，以減少高電流走線長(zhǎng)度，降低串聯(lián)電感，提高高速開關(guān)性能，減少輻射EMI。
• 處理未使用通道：在噪聲環(huán)境中，將未使用通道的輸入引腳通過短走線連接到VDD或GND，防止噪聲引起的虛假輸出開關(guān)。
• 優(yōu)化電流路徑：最小化MOSFET開啟和關(guān)閉時(shí)的電流路徑電阻和電感，確保驅(qū)動(dòng)器和MOSFET之間的電流順暢流動(dòng)。

五、熱管理

MOSFET和IGBT在高頻開關(guān)時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器會(huì)消耗大量功率。為確保器件在可接受的溫度范圍內(nèi)工作，需要計(jì)算驅(qū)動(dòng)器的總功率損耗(P{TOTAL})，它由柵極驅(qū)動(dòng)損耗(P{GATE})和動(dòng)態(tài)預(yù)驅(qū)動(dòng)/直通電流損耗(P{DYNAMIC})兩部分組成： [P{TOTAL}=P{GATE}+P{DYNAMIC}] 其中，(P{GATE}=Q{G}×V{GS}×f{SW}×n)，(P{DYNAMIC}=I{DYNAMIC}×V{DD}×n)。 計(jì)算出功率損耗后，可根據(jù)熱方程(T{J}=P{TOTAL}×Psi{JB}+T_{B})評(píng)估驅(qū)動(dòng)器結(jié)溫相對(duì)于電路板的上升情況，確保結(jié)溫不超過最大額定值。

六、典型應(yīng)用

該系列驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于開關(guān)模式電源、高效MOSFET開關(guān)、同步整流電路、DC - DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制和汽車級(jí)系統(tǒng)等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和配置。

七、訂購信息

數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供了詳細(xì)的訂購信息，包括不同型號(hào)的邏輯類型、輸入閾值、封裝形式、包裝方法和每卷數(shù)量等。需要注意的是，部分器件已停產(chǎn)，具體情況可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的相關(guān)表格。

總之，onsemi的FAN3223/FAN3224/FAN3225系列柵極驅(qū)動(dòng)器以其高性能、多功能和良好的可靠性，為電子工程師在設(shè)計(jì)低側(cè)開關(guān)應(yīng)用時(shí)提供了優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的電路要求和工作環(huán)境，合理選擇型號(hào)、優(yōu)化布局和進(jìn)行熱管理，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。