‌基于onsemi FAD8253MX-1半桥栅极驱动器的技术深度解析

onsemi FAD8253MX-1半桥栅极驱动器IC是一款单片式器件，专为高压、高速驱动、工作电压高达+1200V的IGBT而设计。onsemi的高压工艺和共模噪声消除技术可使高驱动器在高dV/dt噪声环境下稳定运行。在VBS = 15V时，先进的电平转换电路可使高压侧栅极驱动器的瞬态工作电压低至VS = -15V。欠压锁定（UVLO）电路是根据FAD8253 IC为IGBT量身定制的，以防止在VDD 和VBS 低于指定阈值电压时发生故障。输出驱动器源电流2.5A、灌电流3.4A（典型值），适用于电机驱动系统中的半桥和全桥应用。

数据手册：*附件：onsemi FAD8253MX-1半桥栅极驱动器集成电路数据手册.pdf

FAD8253提供内置低压侧电流检测电路，并在过流或短路情况下提供软关断（低压侧）功能。在短路期间，驱动器会关闭输出，同时产生故障输出以进行故障报告，从而提供充分的保护。该驱动器通过提供一个关断引脚，从外部禁用驱动器输出，从而提供了更大的灵活性。

特性

• 用于自举操作的浮动通道为 +1200 V
• 2.5A源和3.4A灌电流峰值输出电流能力
• 在V BS = 15V时，允许负VS 瞬态摆幅最高达-15V
• 内置共模dv/dt噪声消除电路
• 电源和信号地线分离，增强了dl/dt抗扰度
• 匹配传播延迟：<50 ns
• 3.3 V和5 V输入逻辑兼容
• 内置防击穿逻辑，具有120ns（典型）死区时间
• 内置UVLO功能，适用于高压侧和低压侧，阈值针对IGBT进行了优化
• 内置低端短路保护和软关机功能
• SOIC-14NB带非连接引脚，满足高压爬电和间隙要求
• 过流或短路情况下故障报告
• 外部关断引脚，用于启用或禁用驱动器输出
• 湿度灵敏度（MSL）为1级
• 符合AEC-Q100标准并具有PPAP功能
• 无铅，符合RoHS指令

典型应用

框图

‌基于onsemi FAD8253MX-1半桥栅极驱动器的技术深度解析‌

概述与核心特性

FAD8253是onsemi推出的单片半桥栅极驱动器IC，专门设计用于驱动高达1200V的高电压、高速度和高功率IGBT。该器件采用安森美的高电压工艺和共模噪声消除技术，可在高dv/dt噪声环境下为高侧驱动器提供稳定运行。

‌ 关键特性亮点： ‌

• ‌浮动通道‌：支持自举操作至+1200V
• ‌峰值输出能力‌：2.5A源电流/3.4A灌电流
• ‌负VS瞬态摆动‌：允许-15V（VBS=15V时）
• ‌集成共模dv/dt噪声消除电路‌
• ‌**<50ns的匹配传播延迟**‌
• ‌兼容3.3V和5V输入逻辑‌

保护功能机制详解

欠压锁定保护（UVLO）

FAD8253为高侧和低侧驱动级提供了独立的欠压锁定保护电路，阈值针对IGBT进行了优化：

‌ 工作逻辑： ‌

• 如果VBS降至其负向阈值电压以下，高侧驱动级的输出被拉低（或关闭）
• 如果VDD电压降至其负向阈值电压以下，低侧和高侧驱动级的输出均被拉低

UVLO迟滞和UV滤波时间可防止电源转换期间的抖动。当电源电压（VDD或VBS）保持欠压状态超过欠压滤波时间时，高侧和低侧驱动输出关闭。注意UVLO事件对故障输出标志无影响。

直通预防功能

驱动器监控高侧和低侧输入，防止高侧和低侧级输出同时开启。

‌ 工作场景分析： ‌

• 当HIN信号已存在时提供LIN信号：高侧输出（HO）立即关闭，低侧输出（LO）保持关闭
• 当LIN信号已存在时提供HIN信号：低侧输出（LO）立即关闭，高侧输出（HO）保持关闭

过流/短路保护功能

低侧过流检测电路通过CSC引脚监控低侧电流检测电阻上的电压。

‌ 保护触发条件： ‌

• 检测电压超过短路检测器参考电压VCSCREF（典型值0.5V）
• 保护触发最小持续时间：tCSCFLT（典型值300ns）
• 建议串联电阻RCSCEXT（推荐值1kΩ）限制瞬态条件下的输入电流

电气参数深度分析

电源部分关键参数

‌ 低侧电源部分： ‌

• 静态VDD电源电流：最大400mA（VLIN=0V或5V）
• 工作VDD电源电流：最大800mA（CL=1nF，fLIN=20kHz）

‌ 自举电源部分： ‌

• 静态VBS电源电流：最大45mA
• 工作VBS电源电流：最大550mA

栅极驱动输出性能

• ‌高电平输出电压‌：VBIAS-VO≤50mV（无负载）
• ‌低电平输出电压‌：VO≤50mV（无负载）
• ‌输出高短路脉冲电流‌：2700mA典型值（VO=0V，VIN=5V）
• ‌输出低短路脉冲电流‌：4200mA典型值（VO=15V，VIN=0V）

典型应用电路设计

三相电机驱动应用

采用多组FAD8253构成三相逆变器拓扑：

• 每组驱动一对高侧和低侧开关器件
• 实现电机的三相控制
• 适用于工业电机驱动、电动汽车牵引等场景

DC电机驱动应用

支持H桥配置：

• 控制电机正反转
• 适用于电动工具、机器人等应用

PCB布局关键考量

电源旁路电容器设计

本地旁路电容（VDD与VSS之间）需为低侧驱动器输出提供脉冲电流，同时快速充电自举电容。

‌ 选型标准： ‌ 保持电源引脚上的纹波电压≤5%

栅极驱动环路优化

电流环路如同天线，能够接收和发射噪声。为减少噪声耦合/辐射并改善功率开关的导通和关断性能，栅极驱动环路应尽可能减小。

‌ 接地层设计： ‌

• 为最小化噪声耦合，接地层不应放置在高电压浮动侧下方或附近。

封装与热管理

• ‌封装‌：SOIC-14NB（无铅）
• ‌热阻‌：结到环境θJA=156°C/W
• ‌最大功耗‌：0.8W（SO14NB）
• ‌结温范围‌：-55°C至+150°C

散热设计建议

• 功耗计算需结合静态与动态损耗
• 在1W功耗下，结温将比环境温度高156°C
• 需通过散热片或PCB铜箔优化散热设计

时序特性与开关性能

传播延迟参数

• ‌导通传播延迟‌：65-145ns（VS=0V）
• ‌关断传播延迟‌：65-145ns（VS=0V或1200V）
• ‌匹配延迟‌：HO和LO导通/关断匹配延迟<25ns

开关时间定义

• ‌上升时间‌：典型值13ns
• ‌下降时间‌：典型值15ns
• ‌死区时间‌：70-200ns（典型值120ns）

应用领域总结

FAD8253MX-1广泛应用于：

• ‌高压辅助电机驱动‌
• ‌通用半桥和全桥驱动‌
• ‌车载充电器和DC/DC转换器‌
• ‌牵引逆变器‌

设计建议与实践要点

1. ‌裕量设计‌：在最大额定值基础上保留20%以上设计余量
2. ‌兼容性验证‌：替换元件时需重新检查驱动电路匹配性
3. ‌热稳定性‌：高温环境下需重新评估所有关键参数
4. ‌噪声抑制‌：严格遵循数据手册中的布局建议