深入解析 onsemi FAD3224 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，它的性能直接影響著整個(gè)功率電路的效率和穩(wěn)定性。今天，我們就來(lái)深入了解一下 onsemi 推出的 FAD3224 高速低側(cè)雙 4A 柵極驅(qū)動(dòng)器。

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一、FAD3224 概述

FAD3224 是一款專為低側(cè)開關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)的 4A 柵極驅(qū)動(dòng)器，主要用于驅(qū)動(dòng) N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET。它能夠在短開關(guān)間隔內(nèi)提供高峰值電流脈沖，確保 MOSFET 快速、高效地開關(guān)。內(nèi)部電路具備欠壓鎖定（UVLO）功能，可在電源電壓未達(dá)到工作范圍時(shí)將輸出保持為低電平，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，該驅(qū)動(dòng)器的 A 和 B 通道內(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。而且，還可以將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)使用，有效將驅(qū)動(dòng)單個(gè) MOSFET 的電流能力提高一倍。

二、產(chǎn)品特性

1. 寬工作電壓范圍

FAD3224 的工作電壓范圍為 4.5V 至 30V，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。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?yàn)?MOSFET 提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力。

2. 快速開關(guān)特性

典型的上升/下降時(shí)間分別為 12ns/9ns（2.2nF 負(fù)載），典型傳播延遲小于 20ns，且通道間匹配在 2ns 以內(nèi)，確保了快速、準(zhǔn)確的開關(guān)動(dòng)作，減少開關(guān)損耗。

3. TTL 輸入閾值

具備 TTL 輸入閾值，方便與各種數(shù)字電路接口。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)的可靠性。

4. 通道并聯(lián)功能

可通過(guò)并聯(lián)通道將電流能力翻倍，滿足高功率應(yīng)用的需求。

5. 寬溫度范圍

工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，并且符合汽車級(jí) AEC - Q100 標(biāo)準(zhǔn)，適用于汽車等對(duì)可靠性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

6. 不同 UVLO 版本

提供 FAD3224TMX（4.5V UVLO）和 FAD3224TUMX（9V UVLO）兩種版本，可根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的欠壓鎖定閾值。

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

1. 電源特性

不同版本的 FAD3224 在電源方面有不同的特性。例如，F(xiàn)AD3224T(MX) 的工作電壓范圍為 4.5V 至 30V，在輸入和使能引腳未連接時(shí)，電源電流為 0.70 - 1.20mA；而 FAD3224TU(MX) 的工作電壓范圍為 9.5V 至 30V，同樣條件下電源電流也是 0.70 - 1.20mA。

2. 輸入特性

輸入邏輯低閾值 (V_{INLT}) 為 0.8 - 1.2V，邏輯高閾值 (V{INHT}) 為 1.6 - 2.0V，TTL 邏輯滯回電壓 (V{HYST}) 為 0.4 - 0.9V，非反相輸入電流 (I{IN_T}) 為 50μA。

3. 輸出特性

在 (C{LOAD}=0.22μF)、(f = 1kHz) 的條件下，峰值灌電流 (I{PKSINK}) 為 3.7 - 5A，峰值拉電流 (I{PKSOURCE}) 為 5.2 - 7A。輸出上升時(shí)間 (t{RISE})（(C{LOAD}=2200pF)）為 12 - 20ns，下降時(shí)間 (t{FALL})（(C{LOAD}=2200pF)）為 9 - 17ns，通道間傳播匹配 (t{DEL.MATCH}) 為 2 - 4ns。

五、典型性能特性

1. 靜態(tài)電源電流與電壓、溫度的關(guān)系

靜態(tài)電源電流 (I{DD}) 與電源電壓和溫度有關(guān)。從典型性能曲線可以看出，當(dāng)所有輸入/使能引腳浮空（輸出為低）時(shí)，可得到測(cè)試配置下的最低靜態(tài) (I{DD}) 電流。在其他狀態(tài)下，實(shí)際靜態(tài) (I_{DD}) 電流為曲線值加上額外通過(guò)輸入和輸出端 100kΩ 電阻的電流。

2. 輸入閾值與電壓、溫度的關(guān)系

輸入閾值受電源電壓和溫度的影響。輸入閾值滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯閾值，且與 (V_{DD}) 電壓無(wú)關(guān)，滯回電壓約為 0.4V。

3. 傳播延遲與電壓、溫度的關(guān)系

傳播延遲也會(huì)隨著電源電壓和溫度的變化而變化。在不同的電源電壓和溫度條件下，輸入或使能信號(hào)的上升/下降到輸出信號(hào)的上升/下降的延遲時(shí)間不同。

六、應(yīng)用信息

1. 輸入閾值與驅(qū)動(dòng)能力擴(kuò)展

FAD3224 驅(qū)動(dòng)器家族的每個(gè)成員都有兩個(gè)相同的通道，可獨(dú)立使用或并聯(lián)連接以增加驅(qū)動(dòng)電流能力。當(dāng)通道 A 和 B 的輸入和輸出并聯(lián)時(shí)，ENA 和 ENB 應(yīng)連接并一起驅(qū)動(dòng)，同時(shí)建議為每個(gè)通道輸出添加單獨(dú)的柵極電阻，以限制由于通道間傳播延遲或輸入閾值差異可能導(dǎo)致的直通電流。

2. 靜態(tài)電源電流

在 (I{DD})（靜態(tài)）典型性能特性中，曲線是在所有輸入/使能引腳浮空（輸出為低）的情況下得到的，它表示測(cè)試配置下的最低靜態(tài) (I{DD}) 電流。在其他狀態(tài)下，實(shí)際靜態(tài) (I_{DD}) 電流需要考慮額外通過(guò)輸入和輸出端電阻的電流。

3. 欠壓鎖定

FAD3224 的啟動(dòng)邏輯經(jīng)過(guò)優(yōu)化，具有欠壓鎖定（UVLO）功能，可確保 IC 有序啟動(dòng)。當(dāng) (V{DD}) 上升但低于 UVLO 電平，輸出保持低電平；器件激活后，電源電壓必須下降 0.2V 才會(huì)關(guān)閉，這種滯回特性可防止低 (V{DD}) 電源電壓有噪聲時(shí)出現(xiàn)抖動(dòng)。但該配置不適合驅(qū)動(dòng)高端 P 溝道 MOSFET。

4. (V_{DD}) 旁路電容

為了使 IC 能夠快速開啟器件，應(yīng)在 (V{DD}) 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)不小于等效負(fù)載電容 (C{EQV}) 的 20 倍，以將 (V{DD}) 電源上的紋波電壓保持在 ≤5%。如果電路噪聲影響正常運(yùn)行，可將 (C{BYP}) 的值增加到 (C{EQV}) 的 50 - 100 倍，或分成兩個(gè)電容。

5. 布局和連接準(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(hào)及信號(hào)接地路徑分開，特別是在處理驅(qū)動(dòng)器輸入和使能引腳的 TTL 電平邏輯閾值時(shí)。
• 盡量將驅(qū)動(dòng)器靠近負(fù)載，以減少高電流走線的長(zhǎng)度，降低串聯(lián)電感，提高高速開關(guān)性能，減少輻射 EMI 的回路面積。
• 如果通道的輸入未外部連接，內(nèi)部 400kΩ 電阻會(huì)使輸出為低。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連接到 (V_{DD}) 或 GND，以防止噪聲導(dǎo)致虛假輸出切換。
• 許多高速功率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)。為獲得最佳效果，應(yīng)盡量使所有引腳的連接短而直接。

  6. 熱設(shè)計(jì)

  柵極驅(qū)動(dòng)器在高頻開關(guān) MOSFET 和 IGBT 時(shí)會(huì)消耗大量功率，因此需要確定驅(qū)動(dòng)器的功率耗散和結(jié)溫，以確保器件在可接受的溫度范圍內(nèi)工作?？偣β屎纳?(P{TOTAL}) 由 (P{GATE})（柵極驅(qū)動(dòng)損耗）和 (P{DYNAMIC})（動(dòng)態(tài)預(yù)驅(qū)動(dòng)/直通電流損耗）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)。確定驅(qū)動(dòng)器的功率耗散后，可使用熱方程 (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。

七、典型應(yīng)用

FAD3224 適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如開關(guān)模式電源、高效 MOSFET 開關(guān)、同步整流器電路、DC - DC 轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制以及汽車級(jí)系統(tǒng)等。典型應(yīng)用圖展示了其在不同電路中的應(yīng)用方式，如高電流正向轉(zhuǎn)換器、中心抽頭橋輸出和二次控制全橋等。

八、訂購(gòu)信息與相關(guān)產(chǎn)品

1. 訂購(gòu)信息

2. 相關(guān)產(chǎn)品

onsemi 還提供了一系列相關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，如 FAN3216T、FAN3217T 等，它們具有不同的驅(qū)動(dòng)電流、輸入閾值和邏輯類型，可根據(jù)具體需求選擇合適的產(chǎn)品。

總之，F(xiàn)AD3224 是一款性能出色的柵極驅(qū)動(dòng)器，具有寬工作電壓范圍、快速開關(guān)特性、通道并聯(lián)功能等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)具體需求合理選擇和使用該驅(qū)動(dòng)器，并注意布局、連接和熱設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。你在使用 FAD3224 或其他柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。