深入剖析 LTC7067：高性能 150V 雙高端 MOSFET 柵極驅(qū)動器

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的 MOSFET 柵極驅(qū)動器至關(guān)重要。今天，我們就來詳細(xì)探討 ADI 公司的 LTC7067 這款 150V 雙高端 MOSFET 柵極驅(qū)動器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和優(yōu)勢，以及在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

LTC7067 能夠驅(qū)動兩個(gè)高端 N 溝道 MOSFET，其電源電壓最高可達(dá) 140V。兩個(gè)驅(qū)動器可以采用不同的接地參考，具備出色的抗噪聲和抗瞬態(tài)干擾能力。而且，這兩個(gè)驅(qū)動器相互對稱且獨(dú)立，支持互補(bǔ)或非互補(bǔ)開關(guān)操作。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

獨(dú)特架構(gòu)與高抗噪性

LTC7067 采用獨(dú)特的對稱浮動?xùn)艠O驅(qū)動器架構(gòu)，輸入信號為 CMOS/ TTL 邏輯，且具備高抗噪聲能力，能夠耐受 ±10V 的接地差異。這使得它在復(fù)雜的電磁環(huán)境中也能穩(wěn)定工作，有效降低了噪聲對驅(qū)動器性能的影響。你在實(shí)際項(xiàng)目中是否遇到過因噪聲干擾而導(dǎo)致驅(qū)動器工作不穩(wěn)定的情況呢？

寬電壓范圍

• 輸入電壓：最大輸入電壓可達(dá) 140V，且與 IC 電源電壓 (V_{CC}) 相互獨(dú)立，適應(yīng)多種電源供電場景。
• (V_{CC}) 電壓：工作電壓范圍為 5V 至 14V，靈活性高。
• 柵極驅(qū)動器電壓：范圍是 4V 至 14V，可驅(qū)動不同功率的 MOSFET。

快速開關(guān)與兼容輸入

它擁有 0.8Ω 的下拉電阻和 1.5Ω 的上拉電阻，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的導(dǎo)通和關(guān)斷操作，驅(qū)動大柵極電容的高壓 MOSFET。同時(shí)，輸入與 TTL/CMOS 兼容，方便與各種控制器連接。

完善保護(hù)功能

具備 (V{CC}) 的欠壓鎖定（UVLO）/過壓鎖定（OVLO）以及浮動電源的 UVLO 功能，還有開漏故障指示器，可指示 (V{CC}) 的 UVLO/OVLO、柵極驅(qū)動器 UVLO 和熱關(guān)斷等故障情況。并且該器件集成了過溫關(guān)斷特性，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到約 180°C 時(shí)，會進(jìn)入熱關(guān)斷模式，保障器件安全。在高溫環(huán)境下使用驅(qū)動器時(shí)，你是否擔(dān)心過器件的過熱保護(hù)問題呢？

汽車級認(rèn)證

通過了 AEC - Q100 認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用，滿足汽車行業(yè)對可靠性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

三、技術(shù)參數(shù)詳細(xì)解讀

絕對最大額定值

該器件對各種電壓和溫度都有明確的限制，如 (V_{CC}) 電源電壓范圍是 -0.3V 至 15V，G1 和 G2 柵極驅(qū)動器電壓最高可達(dá) 150V 等。在使用時(shí)，務(wù)必嚴(yán)格遵守這些額定值，否則可能會對器件造成永久性損壞，影響其可靠性和使用壽命。

電氣特性

• 輸入電源和 (V_{CC}) 電源：輸入電源工作范圍可達(dá) 140V，(V{CC}) 工作范圍為 5V 至 14V，(V{CC}) 欠壓鎖定閾值為 4.3V 等。
• 柵極驅(qū)動器電源：G1 和 G2 驅(qū)動器電源電壓范圍為 4V 至 14V，不同狀態(tài)下的電流也有所不同。
• 輸入信號：G1IN 和 G2IN 的開啟和關(guān)斷輸入閾值明確，且內(nèi)部有 1000k 的下拉電阻。
• 故障指示：FLT 引腳的下拉電阻典型值為 60Ω，從低到高的延遲為 100μs。
• 開關(guān)時(shí)間：G1 和 G2 的傳播延遲、上升時(shí)間和下降時(shí)間等參數(shù)都較為優(yōu)秀，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的開關(guān)動作。

這些電氣特性參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，共同影響著 LTC7067 在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。例如，輸入電源和 (V_{CC}) 電源的電壓范圍決定了驅(qū)動器能夠適應(yīng)的電源條件；柵極驅(qū)動器電源的參數(shù)則影響著對 MOSFET 的驅(qū)動能力；輸入信號的閾值和下拉電阻保證了輸入信號的穩(wěn)定性和可靠性；故障指示參數(shù)方便了系統(tǒng)對故障的檢測和處理；開關(guān)時(shí)間參數(shù)則直接關(guān)系到 MOSFET 的開關(guān)速度和效率。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，綜合考慮這些參數(shù)，以確保驅(qū)動器能夠正常、高效地工作。

四、工作原理剖析

整體架構(gòu)

LTC7067 有兩個(gè)接地參考的低電壓數(shù)字信號輸入，分別控制兩個(gè) N 溝道高端功率 MOSFET 的開關(guān)狀態(tài)。輸出 G1 和 G2 分別在 (G1V{CC}) - G1RTN 和 (G2V{CC}) - G2RTN 之間擺動，每個(gè)通道可獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)或非互補(bǔ)開關(guān)。

(V_{CC}) 電源

(V{CC}) 為內(nèi)部電路供電，會產(chǎn)生一個(gè) 4.5V 的內(nèi)部電源來偏置所有內(nèi)部電路。若 SGND 和 G2RTN 電位相同，(V{CC}) 可與 (G2V{CC}) 相連，且 (V{CC}) 與輸入電壓 (V_{IN}) 相互獨(dú)立。

輸入級

采用固定過渡閾值的邏輯輸入。當(dāng) G1IN 電壓大于 (V{IH(G1IN)}) 時(shí)，G1 被拉高，外部 MOSFET 導(dǎo)通；當(dāng) G1IN 電壓低于 (V{IL(G1IN)}) 時(shí)，MOSFET 關(guān)斷。G2IN 同理。輸入的滯后特性可消除開關(guān)過渡中的噪聲誤觸發(fā)，但在高頻、高壓應(yīng)用中仍需注意輸入引腳的抗干擾措施。當(dāng)輸入引腳浮空時(shí)，內(nèi)部下拉電阻會使輸出默認(rèn)保持低電平。此外，G1IN 和 G2IN 還可用于開關(guān)調(diào)節(jié)器應(yīng)用中的不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）控制。

輸出級

輸出級對稱且具有浮動?xùn)艠O驅(qū)動器輸出。上拉器件為 P 溝道 MOSFET，典型 (R{DS(ON)}) 為 1.5Ω；下拉器件為 N 溝道 MOSFET，典型 (R{DS(ON)}) 為 0.8Ω。寬驅(qū)動電源電壓范圍（4V - 14V）可驅(qū)動不同類型的功率 MOSFET，不過該驅(qū)動器針對高閾值 MOSFET 進(jìn)行了優(yōu)化。較低的驅(qū)動電源電壓可能會導(dǎo)致上拉和下拉電阻增大。其典型的電阻值在 10V 驅(qū)動電源下可等效為 3A 峰值上拉電流和 6A 峰值下拉電流，能夠快速驅(qū)動 3nF 負(fù)載，實(shí)現(xiàn) 18ns 的上升時(shí)間，有效降低 MOSFET 的開關(guān)損耗。

保護(hù)電路

• 過溫保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫達(dá)到約 180°C 時(shí)，進(jìn)入熱關(guān)斷模式，G1 和 G2 分別拉至 G1RTN 和 G2RTN；結(jié)溫降至 165°C 以下時(shí)，恢復(fù)正常工作。雖然過溫水平未進(jìn)行生產(chǎn)測試，但器件保證在 150°C 以下正常工作。
• 欠壓/過壓鎖定：監(jiān)測 (V{CC}) 電源，當(dāng) (V{CC}) 低于 4.3V 或高于 14.6V 時(shí)，G1 和 G2 拉低，關(guān)閉外部 MOSFET；當(dāng) (V{CC}) 恢復(fù)正常時(shí)，恢復(fù)工作。同時(shí)，每個(gè)浮動驅(qū)動器電源也有欠壓鎖定電路，當(dāng) (G1V{CC}) - G1RTN 或 (G2V_{CC}) - G2RTN 低于 3.3V 時(shí)，相應(yīng)輸出拉低。

故障標(biāo)志

FLT 引腳連接內(nèi)部 N 溝道 MOSFET 的漏極，需外接上拉電阻。當(dāng)出現(xiàn) (V_{CC}) 欠壓/過壓、浮動電源欠壓或結(jié)溫過高時(shí)，F(xiàn)LT 引腳立即拉低至 SGND；所有故障清除后，經(jīng)過 100μs 延遲，由外部電阻上拉。

保護(hù)電路和故障標(biāo)志對于 LTC7067 的正常運(yùn)行和系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。保護(hù)電路能夠在出現(xiàn)過溫、欠壓、過壓等異常情況時(shí)，及時(shí)采取措施保護(hù)器件和外部 MOSFET，避免因異常情況導(dǎo)致的器件損壞和系統(tǒng)故障。例如，過溫保護(hù)可以防止器件在高溫環(huán)境下長時(shí)間工作，延長器件的使用壽命；欠壓/過壓鎖定可以確保 (V_{CC}) 電源在正常范圍內(nèi)，保證驅(qū)動器的穩(wěn)定工作。

故障標(biāo)志 FLT 引腳則為系統(tǒng)提供了一種簡單有效的故障檢測方式。通過監(jiān)測 FLT 引腳的狀態(tài)，系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并采取相應(yīng)的處理措施，如報(bào)警、切斷電源等。這有助于提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，減少故障對系統(tǒng)造成的損失。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否充分利用了 LTC7067 的保護(hù)電路和故障標(biāo)志來保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行呢？

五、應(yīng)用信息與注意事項(xiàng)

自舉電源

(G2V{CC}) - G2RTN 和 (G1V{CC}) - G1RTN 可以采用自舉電源。外部升壓電容 (C{B}) 連接在相應(yīng)的引腳之間，為 MOSFET 驅(qū)動器提供柵極驅(qū)動電壓。為了確保外部 MOSFET 能夠完全導(dǎo)通，(C{B}) 的電容值至少應(yīng)為柵極電荷 (Q{G}) 的 10 倍。一般情況下，(C{B}) 取 0.1μF 即可滿足大多數(shù)應(yīng)用需求；若并聯(lián)多個(gè) MOSFET，則需相應(yīng)增大 (C{B}) 的電容值，滿足 (C{B}>frac{10 cdot 外部 MOSFET Q{G}}{1 V})。同時(shí)，需要一個(gè)外部電源（通常是 (V{CC}) 通過肖特基二極管連接）來為 (C{B}) 充電，因?yàn)?LTC7067 本身不會為 (C{B}) 充電，且在工作時(shí)會使 (C_{B}) 放電。

功率耗散

為保證器件正常工作和長期可靠性，需確保 LTC7067 的工作溫度不超過最大額定值。可以通過公式 (T{J}=T{A}+(P{D})(theta{JA})) 計(jì)算封裝結(jié)溫，其中 (T{J}) 為結(jié)溫，(T{A}) 為環(huán)境溫度，(P{D}) 為功率耗散，(theta{JA}) 為結(jié)到環(huán)境的熱阻。功率耗散 (P{D}) 由靜態(tài)、開關(guān)和電容負(fù)載功率損耗組成，即 (P{D}=P{DC}+P{AC}+P{QG})。在 (V{CC}=10V) 時(shí)，靜態(tài)功率損耗僅為 3mW；在特定開關(guān)頻率下，內(nèi)部功率損耗會因內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電容的充放電和內(nèi)部邏輯門的交叉導(dǎo)通電流而增加；柵極電荷損耗主要是由于開關(guān)過程中外部 MOSFET 電容的充放電產(chǎn)生的大交流電流引起的。在典型的同步降壓配置中，負(fù)載損耗可以近似為 (P{CLOAD } approx 2(C{LOAD })(f{IN })(V{CC})^{2})。

旁路和接地

由于 LTC7067 具有高速開關(guān)（納秒級）和大交流電流（安培級）的特點(diǎn)，需要在 (V{CC})、(VG1V{CC}-G1RTN) 和 (VG2V_{CC}-G2RTN) 電源上進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐月诽幚?。在?shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

• 電容放置：將旁路電容盡可能靠近 (V{CC}) 和 SGND、(G2V{CC}) 和 G2RTN、(G1V_{CC}) 和 G1RTN 引腳放置，并盡量縮短引腳長度，以減少引腳電感。
• 接地設(shè)計(jì)：使用低電感、低阻抗的接地平面，減少接地壓降和雜散電容。因?yàn)?LTC7067 會產(chǎn)生大于 5A 的峰值電流，顯著的接地壓降會降低信號完整性。
• 布線規(guī)劃：仔細(xì)規(guī)劃電源/接地布線，明確大負(fù)載開關(guān)電流的流向，為輸入引腳和輸出功率級保持獨(dú)立的接地返回路徑。
• Kelvin 連接：將 G1 引腳與 G1 MOSFET 柵極、G1RTN 引腳與 G1 MOSFET 源極進(jìn)行 Kelvin 連接；同理，對 G2 引腳和 G2 MOSFET 進(jìn)行連接。保持驅(qū)動器輸出引腳與負(fù)載之間的銅跡線短而寬。
• 散熱處理：務(wù)必將 LTC7067 封裝背面的裸露焊盤焊接到電路板上，以確保良好的熱接觸，否則熱阻會遠(yuǎn)大于規(guī)格值。

六、典型應(yīng)用與相關(guān)產(chǎn)品

典型應(yīng)用：雙輸出升壓轉(zhuǎn)換器

LTC7067 可用于雙輸出升壓轉(zhuǎn)換器電路中。在這個(gè)典型應(yīng)用中，輸入電壓 (V{IN1}) 為 10V，輸出電壓 (V{OUT1}) 可達(dá)到 60V；輸入電壓 (V{IN2}) 為 20V，輸出電壓 (V{OUT2}) 可達(dá)到 80V。(V_{CC}) 電源為 10V，為驅(qū)動器提供偏置。通過控制 G1IN 和 G2IN 引腳的輸入信號（例如來自微控制器 (mu C) 的信號），可以獨(dú)立控制兩個(gè) N 溝道 MOSFET 的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)雙輸出的升壓功能。這種應(yīng)用場景展示了 LTC7067 在高壓、雙輸出電源系統(tǒng)中的強(qiáng)大驅(qū)動能力和靈活性。

相關(guān)產(chǎn)品

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，如電源電壓范圍、是否需要死區(qū)時(shí)間控制、驅(qū)動電流大小等，從這些相關(guān)產(chǎn)品中選擇最合適的驅(qū)動器。例如，如果需要更高的電源電壓和可編程死區(qū)時(shí)間，LTC7063 可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇；如果對尺寸有嚴(yán)格要求，LTC4449 的小封裝則更具優(yōu)勢。

綜上所述，LTC7067 是一款性能出色、功能豐富的雙高側(cè) MOSFET 柵極驅(qū)動器，適用于多種高壓、高速開關(guān)電源應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中，電子工程師需要充分了解其特性和應(yīng)用注意事項(xiàng)，結(jié)合具體的應(yīng)用場景進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高性能表現(xiàn)。你在使用 LTC7067 或類似驅(qū)動器的過程中，是否遇到過一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。