深入剖析 LTC7067：高性能 150V 双高端 MOSFET 栅极驱动器

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的 MOSFET 栅极驱动器至关重要。今天，我们就来详细探讨 ADI 公司的 LTC7067 这款 150V 双高端 MOSFET 栅极驱动器，看看它有哪些独特的特性和优势，以及在实际应用中需要注意的要点。

文件下载：LTC7067.pdf

一、产品概述

LTC7067 能够驱动两个高端 N 沟道 MOSFET，其电源电压最高可达 140V。两个驱动器可以采用不同的接地参考，具备出色的抗噪声和抗瞬态干扰能力。而且，这两个驱动器相互对称且独立，支持互补或非互补开关操作。

二、产品特性亮点

独特架构与高抗噪性

LTC7067 采用独特的对称浮动栅极驱动器架构，输入信号为 CMOS/ TTL 逻辑，且具备高抗噪声能力，能够耐受 ±10V 的接地差异。这使得它在复杂的电磁环境中也能稳定工作，有效降低了噪声对驱动器性能的影响。你在实际项目中是否遇到过因噪声干扰而导致驱动器工作不稳定的情况呢？

宽电压范围

• 输入电压：最大输入电压可达 140V，且与 IC 电源电压 (V_{CC}) 相互独立，适应多种电源供电场景。
• (V_{CC}) 电压：工作电压范围为 5V 至 14V，灵活性高。
• 栅极驱动器电压：范围是 4V 至 14V，可驱动不同功率的 MOSFET。

快速开关与兼容输入

它拥有 0.8Ω 的下拉电阻和 1.5Ω 的上拉电阻，能够实现快速的导通和关断操作，驱动大栅极电容的高压 MOSFET。同时，输入与 TTL/CMOS 兼容，方便与各种控制器连接。

完善保护功能

具备 (V{CC}) 的欠压锁定（UVLO）/过压锁定（OVLO）以及浮动电源的 UVLO 功能，还有开漏故障指示器，可指示 (V{CC}) 的 UVLO/OVLO、栅极驱动器 UVLO 和热关断等故障情况。并且该器件集成了过温关断特性，当结温达到约 180°C 时，会进入热关断模式，保障器件安全。在高温环境下使用驱动器时，你是否担心过器件的过热保护问题呢？

汽车级认证

通过了 AEC - Q100 认证，适用于汽车应用，满足汽车行业对可靠性和稳定性的严格要求。

三、技术参数详细解读

绝对最大额定值

该器件对各种电压和温度都有明确的限制，如 (V_{CC}) 电源电压范围是 -0.3V 至 15V，G1 和 G2 栅极驱动器电压最高可达 150V 等。在使用时，务必严格遵守这些额定值，否则可能会对器件造成永久性损坏，影响其可靠性和使用寿命。

电气特性

• 输入电源和 (V_{CC}) 电源：输入电源工作范围可达 140V，(V{CC}) 工作范围为 5V 至 14V，(V{CC}) 欠压锁定阈值为 4.3V 等。
• 栅极驱动器电源：G1 和 G2 驱动器电源电压范围为 4V 至 14V，不同状态下的电流也有所不同。
• 输入信号：G1IN 和 G2IN 的开启和关断输入阈值明确，且内部有 1000k 的下拉电阻。
• 故障指示：FLT 引脚的下拉电阻典型值为 60Ω，从低到高的延迟为 100μs。
• 开关时间：G1 和 G2 的传播延迟、上升时间和下降时间等参数都较为优秀，能够实现快速的开关动作。

这些电气特性参数相互关联，共同影响着 LTC7067 在实际应用中的性能表现。例如，输入电源和 (V_{CC}) 电源的电压范围决定了驱动器能够适应的电源条件；栅极驱动器电源的参数则影响着对 MOSFET 的驱动能力；输入信号的阈值和下拉电阻保证了输入信号的稳定性和可靠性；故障指示参数方便了系统对故障的检测和处理；开关时间参数则直接关系到 MOSFET 的开关速度和效率。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，综合考虑这些参数，以确保驱动器能够正常、高效地工作。

四、工作原理剖析

整体架构

LTC7067 有两个接地参考的低电压数字信号输入，分别控制两个 N 沟道高端功率 MOSFET 的开关状态。输出 G1 和 G2 分别在 (G1V{CC}) - G1RTN 和 (G2V{CC}) - G2RTN 之间摆动，每个通道可独立控制，实现互补或非互补开关。

(V_{CC}) 电源

(V{CC}) 为内部电路供电，会产生一个 4.5V 的内部电源来偏置所有内部电路。若 SGND 和 G2RTN 电位相同，(V{CC}) 可与 (G2V{CC}) 相连，且 (V{CC}) 与输入电压 (V_{IN}) 相互独立。

输入级

采用固定过渡阈值的逻辑输入。当 G1IN 电压大于 (V{IH(G1IN)}) 时，G1 被拉高，外部 MOSFET 导通；当 G1IN 电压低于 (V{IL(G1IN)}) 时，MOSFET 关断。G2IN 同理。输入的滞后特性可消除开关过渡中的噪声误触发，但在高频、高压应用中仍需注意输入引脚的抗干扰措施。当输入引脚浮空时，内部下拉电阻会使输出默认保持低电平。此外，G1IN 和 G2IN 还可用于开关调节器应用中的不连续导通模式（DCM）控制。

输出级

输出级对称且具有浮动栅极驱动器输出。上拉器件为 P 沟道 MOSFET，典型 (R{DS(ON)}) 为 1.5Ω；下拉器件为 N 沟道 MOSFET，典型 (R{DS(ON)}) 为 0.8Ω。宽驱动电源电压范围（4V - 14V）可驱动不同类型的功率 MOSFET，不过该驱动器针对高阈值 MOSFET 进行了优化。较低的驱动电源电压可能会导致上拉和下拉电阻增大。其典型的电阻值在 10V 驱动电源下可等效为 3A 峰值上拉电流和 6A 峰值下拉电流，能够快速驱动 3nF 负载，实现 18ns 的上升时间，有效降低 MOSFET 的开关损耗。

保护电路

• 过温保护：当结温达到约 180°C 时，进入热关断模式，G1 和 G2 分别拉至 G1RTN 和 G2RTN；结温降至 165°C 以下时，恢复正常工作。虽然过温水平未进行生产测试，但器件保证在 150°C 以下正常工作。
• 欠压/过压锁定：监测 (V{CC}) 电源，当 (V{CC}) 低于 4.3V 或高于 14.6V 时，G1 和 G2 拉低，关闭外部 MOSFET；当 (V{CC}) 恢复正常时，恢复工作。同时，每个浮动驱动器电源也有欠压锁定电路，当 (G1V{CC}) - G1RTN 或 (G2V_{CC}) - G2RTN 低于 3.3V 时，相应输出拉低。

故障标志

FLT 引脚连接内部 N 沟道 MOSFET 的漏极，需外接上拉电阻。当出现 (V_{CC}) 欠压/过压、浮动电源欠压或结温过高时，FLT 引脚立即拉低至 SGND；所有故障清除后，经过 100μs 延迟，由外部电阻上拉。

保护电路和故障标志对于 LTC7067 的正常运行和系统的可靠性至关重要。保护电路能够在出现过温、欠压、过压等异常情况时，及时采取措施保护器件和外部 MOSFET，避免因异常情况导致的器件损坏和系统故障。例如，过温保护可以防止器件在高温环境下长时间工作，延长器件的使用寿命；欠压/过压锁定可以确保 (V_{CC}) 电源在正常范围内，保证驱动器的稳定工作。

故障标志 FLT 引脚则为系统提供了一种简单有效的故障检测方式。通过监测 FLT 引脚的状态，系统可以及时发现故障并采取相应的处理措施，如报警、切断电源等。这有助于提高系统的可靠性和安全性，减少故障对系统造成的损失。在实际应用中，你是否充分利用了 LTC7067 的保护电路和故障标志来保障系统的稳定运行呢？

五、应用信息与注意事项

自举电源

(G2V{CC}) - G2RTN 和 (G1V{CC}) - G1RTN 可以采用自举电源。外部升压电容 (C{B}) 连接在相应的引脚之间，为 MOSFET 驱动器提供栅极驱动电压。为了确保外部 MOSFET 能够完全导通，(C{B}) 的电容值至少应为栅极电荷 (Q{G}) 的 10 倍。一般情况下，(C{B}) 取 0.1μF 即可满足大多数应用需求；若并联多个 MOSFET，则需相应增大 (C{B}) 的电容值，满足 (C{B}>frac{10 cdot 外部 MOSFET Q{G}}{1 V})。同时，需要一个外部电源（通常是 (V{CC}) 通过肖特基二极管连接）来为 (C{B}) 充电，因为 LTC7067 本身不会为 (C{B}) 充电，且在工作时会使 (C_{B}) 放电。

功率耗散

为保证器件正常工作和长期可靠性，需确保 LTC7067 的工作温度不超过最大额定值。可以通过公式 (T{J}=T{A}+(P{D})(theta{JA})) 计算封装结温，其中 (T{J}) 为结温，(T{A}) 为环境温度，(P{D}) 为功率耗散，(theta{JA}) 为结到环境的热阻。功率耗散 (P{D}) 由静态、开关和电容负载功率损耗组成，即 (P{D}=P{DC}+P{AC}+P{QG})。在 (V{CC}=10V) 时，静态功率损耗仅为 3mW；在特定开关频率下，内部功率损耗会因内部节点电容的充放电和内部逻辑门的交叉导通电流而增加；栅极电荷损耗主要是由于开关过程中外部 MOSFET 电容的充放电产生的大交流电流引起的。在典型的同步降压配置中，负载损耗可以近似为 (P{CLOAD } approx 2(C{LOAD })(f{IN })(V{CC})^{2})。

旁路和接地

由于 LTC7067 具有高速开关（纳秒级）和大交流电流（安培级）的特点，需要在 (V{CC})、(VG1V{CC}-G1RTN) 和 (VG2V_{CC}-G2RTN) 电源上进行适当的旁路处理。在实际设计中，应注意以下几点：

• 电容放置：将旁路电容尽可能靠近 (V{CC}) 和 SGND、(G2V{CC}) 和 G2RTN、(G1V_{CC}) 和 G1RTN 引脚放置，并尽量缩短引脚长度，以减少引脚电感。
• 接地设计：使用低电感、低阻抗的接地平面，减少接地压降和杂散电容。因为 LTC7067 会产生大于 5A 的峰值电流，显著的接地压降会降低信号完整性。
• 布线规划：仔细规划电源/接地布线，明确大负载开关电流的流向，为输入引脚和输出功率级保持独立的接地返回路径。
• Kelvin 连接：将 G1 引脚与 G1 MOSFET 栅极、G1RTN 引脚与 G1 MOSFET 源极进行 Kelvin 连接；同理，对 G2 引脚和 G2 MOSFET 进行连接。保持驱动器输出引脚与负载之间的铜迹线短而宽。
• 散热处理：务必将 LTC7067 封装背面的裸露焊盘焊接到电路板上，以确保良好的热接触，否则热阻会远大于规格值。

六、典型应用与相关产品

典型应用：双输出升压转换器

LTC7067 可用于双输出升压转换器电路中。在这个典型应用中，输入电压 (V{IN1}) 为 10V，输出电压 (V{OUT1}) 可达到 60V；输入电压 (V{IN2}) 为 20V，输出电压 (V{OUT2}) 可达到 80V。(V_{CC}) 电源为 10V，为驱动器提供偏置。通过控制 G1IN 和 G2IN 引脚的输入信号（例如来自微控制器 (mu C) 的信号），可以独立控制两个 N 沟道 MOSFET 的导通和关断，从而实现双输出的升压功能。这种应用场景展示了 LTC7067 在高压、双输出电源系统中的强大驱动能力和灵活性。

相关产品

ADI 公司还提供了一系列与 LTC7067 相关的产品，这些产品在不同的应用场景中各有优势，以下为你列举部分产品及其特点：	产品型号	描述	特点
LTC7060	100V 半桥驱动器，带浮动接地和可编程死区时间	最高 100V 电源电压，6V ≤ (V_{CC}) ≤ 14V，0.8Ω 下拉、1.5Ω 上拉，对称浮动栅极驱动器架构，死区时间可在 31ns 至 76ns 之间调节
LTC7061	100V 半桥栅极驱动器，带浮动接地和可调死区时间	最高 100V 电源电压，5V ≤ (V_{CC}) ≤ 14V，0.8Ω 下拉、1.5Ω 上拉，两个输入，对称浮动栅极驱动器架构，死区时间可在 31ns 至 76ns 之间调节
LTC7063	150V 半桥驱动器，带浮动接地和可编程死区时间	最高 150V 电源电压，6V ≤ (V_{CC}) ≤ 14V，0.8Ω 下拉、1.5Ω 上拉，对称浮动栅极驱动器架构，死区时间可在 31ns 至 76ns 之间调节
LTC4449	高速同步 N 沟道 MOSFET 驱动器	最高 38V 电源电压，4V ≤ (V_{CC}) ≤ 6.5V，自适应直通保护，2mm × 3mm DFN - 8 封装
LTC4442/LTC4442 - 1	高速同步 N 沟道 MOSFET 驱动器	最高 38V 电源电压，6V ≤ (V_{CC}) ≤ 9.5V，2.4A 峰值上拉/5A 峰值下拉电流

在实际设计中，你可以根据具体的应用需求，如电源电压范围、是否需要死区时间控制、驱动电流大小等，从这些相关产品中选择最合适的驱动器。例如，如果需要更高的电源电压和可编程死区时间，LTC7063 可能是一个不错的选择；如果对尺寸有严格要求，LTC4449 的小封装则更具优势。

综上所述，LTC7067 是一款性能出色、功能丰富的双高侧 MOSFET 栅极驱动器，适用于多种高压、高速开关电源应用。在设计过程中，电子工程师需要充分了解其特性和应用注意事项，结合具体的应用场景进行合理设计，以确保系统的稳定运行和高性能表现。你在使用 LTC7067 或类似驱动器的过程中，是否遇到过一些独特的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。