FL3100T：智能LED照明的低侧栅极驱动器

在智能LED照明领域，一款性能出色的栅极驱动器对于实现高效、精准的调光控制至关重要。今天我们就来详细了解一下ON Semiconductor的FL3100T低侧栅极驱动器，看看它是如何满足智能LED照明需求的。

文件下载：FL3100T-D.pdf

一、产品背景与整合说明

Fairchild Semiconductor已整合到ON Semiconductor，部分Fairchild可订购的部件编号需要更改以符合ON Semiconductor的系统要求。由于ON Semiconductor产品管理系统无法管理带有下划线（）的部件命名，Fairchild部件编号中的下划线（）将更改为破折号（-）。大家可以通过ON Semiconductor网站验证更新后的设备编号。

二、FL3100T产品概述

2.1 产品特点

• PWM调光控制：具有非反相输入逻辑和DIM控制输入，支持PWM调光至0.1%，可实现混合调光。
• 宽工作电压范围：4.5至18 V的工作范围，能适应多种电源环境。
• 独立于电源电压的TTL输入：方便与各种逻辑电路连接。
• 高电流驱动能力：在(V_{OUT }=6 ~V)时，具有2.5 A灌电流/1.8 A拉电流能力。
• 内部电阻保护：若没有输入信号，内部电阻会使驱动器关闭。
• 快速开关性能：典型上升时间13 ns，典型下降时间9 ns（1 nF负载）。
• MillerDrive™技术：典型传播延迟时间小于20 ns（输入上升或下降时）。
• 多种封装形式：提供6引脚、2 x 2 mm MLP或5引脚SOT23封装，工作温度范围为 -40°C至125°C。

2.2 应用领域

适用于需要精确PWM调光的智能LED驱动器以及一般LED照明应用。

三、产品详细解析

3.1 工作原理

FL3100T是一款2 A栅极驱动器，旨在低侧开关应用中驱动N沟道增强型MOSFET。它通过在短开关间隔内提供高峰值电流脉冲来实现高效驱动。该驱动器有两个输入，可配置为非反相（IN）模式，并带有用于LED驱动器PWM调光控制的DIM引脚。通过调整DIM输入的占空比，可以实现智能LED驱动器所需的高精度PWM调光控制。

3.2 引脚配置与功能

SOT23 Pin #	MLP Pin #	Name	Pin Description
1	3	VDD	电源电压，为IC供电
2	AGND	模拟地（仅MLP），连接到IC下方的PGND
2		GND	地（仅SOT - 23），输入和输出电路的公共接地参考
3	1	IN	输入，非反相逻辑。若不使用IN，连接到VDD以启用输出的正常操作
4	6	DIM	调光输入，用于PWM调光，反相逻辑。若不使用调光，连接到AGND或PGND以启用输出的正常操作
5	4	OUT	栅极驱动输出，除非存在所需输入且VDD高于欠压锁定（UVLO）阈值，否则保持低电平
	Pad	P1	散热焊盘（仅MLP），封装底部的暴露金属，与引脚5电气连接
	5	PGND	功率地（仅MLP），用于输出驱动电路，将开关噪声与输入分离

3.3 输出逻辑

DIM	OUT
0	0
1 (1)	0
0	1
1 (1)	0

注：若未进行外部连接，默认输入信号为1。

3.4 热特性

Package	 JL	 JT	 JA	Unit
6 - Lead, 2 x 2 mm Molded Leadless Package (MLP)	2.7	133.0	58.0	°C/W
SOT23 - 5	56	99	157	°C/W

3.5 绝对最大额定值与推荐工作条件

绝对最大额定值

Symbol	Parameter	Min.	Max.	Unit
V DD	VDD to PGND	-0.3	20.0	V
V IN	Voltage on IN and DIM to GND, AGND, or PGND	GND - 0.3 V	DD + 0.3	V
V OUT	Voltage on OUT to GND, AGND, or PGND	GND - 0.3 V	DD + 0.3	V
T L	Lead Soldering Temperature (10 Seconds)		+260	ºC
T J	Junction Temperature	-55	+150	ºC
T STG	Storage Temperature	-65	+150	ºC

推荐工作条件

Symbol	Parameter	Min.	Max.	Unit
V DD	Supply Voltage Range	4.5	18.0	V
V IN	Input Voltage IN, DIM	0	V DD	V
T A	Operating Ambient Temperature	-40	+125	ºC

3.6 电气特性

Symbol	Parameter	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Unit
Supply
V DD	Operating Range		4.5		18.0	V
I DD	Supply Current Inputs/ EN Not Connected			0.50	0.80	mA
V ON	Turn - On Voltage		3.5	3.9	4.3	V
V OFF	Turn - Off Voltage		3.3	3.7	4.1	V
Inputs
V INL_T	IN, DIM Logic LOW Voltage, Maximum		0.8			V
V INH_T	IN, DIM Logic HIGH Voltage, Minimum				2.0	V
I IN	Non - inverting Input	IN from 0 to V DD	-1		175	µA
I DIMim	DIM Input	IN from 0 to V DD	-175		1	µA
V HYS	IN, DIM Logic Hysteresis Voltage		0.2	0.4	0.8	V
Output
I SINK	OUT Current, Mid - Voltage, Sinking (6)	OUT at V DD /2, C LOAD = 0.1 µF, f = 1 kHz		2.5		A
I SOURCE	OUT Current, Mid - Voltage, Sourcing (6)	OUT at V DD /2, C LOAD = 0.1 µF, f = 1 kHz		-1.8		A
I PK_SINK	OUT Current, Peak, Sinking (6)	C LOAD = 0.1 µF, f = 1 kHz		3		A
I PK_SOURCE	OUT Current, Peak, Sourcing (6)	C LOAD = 0.1 µF, f = 1 kHz		-3		A
t RISE	Output Rise Time (7)	C LOAD = 1000 pF		13	20	ns
t FALL	Output Fall Time (7)	C LOAD = 1000 pF		9	14	ns
t D1, t D2	Output Prop. Delay, TTL Inputs (7)	0 – 5 V IN ; 1 V/ns Slew Rate	9	16	30	ns
I RVS	Output Reverse Current Withstand (6)			500		mA

注：部分参数未在生产中测试，具体可参考时序图。

四、应用信息

4.1 PWM调光

FL3100T用于LED电流的脉冲宽度调制，以控制LED产生的光量。在MCU驱动的混合调光应用中，有两个因素需要考虑：(PWM{amplitude})通过降低LED中的正向电流来控制LED光输出，(PWM{light})控制LED中正向电流的导通时间。

在典型应用电路中，IN连接到MCU输出的(PWM{amplitude})信号，以控制整体LED电流的幅度。DIM连接到另一个PWM信号，通常是较低频率的信号，用于命令(PWM{light})调光。当(PWM{light})调光激活时，例如在(PWM{amplitude})调光低于20%时，幅度调光保持恒定，(PWM_{light})调光用于将光输出精确降低至约0.1%。

4.2 输入阈值

FL3100T的输入阈值符合行业标准TTL逻辑阈值，与VDD电压无关，并且具有约0.4 V的滞后电压。驱动TTL输入的信号应具有快速上升和下降沿，转换速率为6 V/µs或更快，以避免电路噪声导致驱动器输入电压超过滞后电压而重新触发驱动器输入，从而引起不稳定操作。

4.3 静态电源电流

在IDD（静态）典型性能图中，曲线是在所有输入悬空（OUT为低电平）的情况下产生的，显示了测试配置下的最低静态IDD电流。对于其他状态，额外的电流会通过框图中所示的输入和输出上的100 k电阻流动。

4.4 欠压锁定（UVLO）

FL3100T的启动逻辑经过优化，具有欠压锁定（UVLO）功能，可确保IC有序启动。当VDD上升但低于3.9 V的工作水平时，电路将输出保持低电平，无论输入引脚的状态如何。部件激活后，电源电压必须下降0.2 V才能使部件关闭，这种滞后有助于防止低VDD电源电压因电源开关噪声而产生抖动。

4.5 VDD旁路电容准则

为了使IC能够快速开启功率器件，应在VDD和GND引脚之间连接一个具有低ESR和ESL的本地高频旁路电容CBYP，并尽量减小走线长度。通常选择(C{BYP})的值应使(V{DD})电源上的纹波电压 ≤5%，常见选择是0.1 µF至1 µF或更大的陶瓷电容。

4.6 MillerDrive™栅极驱动技术

FL3100T驱动器采用了MillerDrive™架构，结合了双极和MOS器件，能够在宽范围的电源电压和温度变化下提供大电流。该架构的目的是在MOSFET的米勒平台区域提供最大电流，从而加快开关速度。输出引脚的转换速率由VDD电压和输出负载决定，若需要较慢的MOSFET栅极上升或下降时间，可以添加串联电阻。

4.7 布局和连接准则

• 分离高低电流路径：将高电流输出和功率接地路径与逻辑输入信号和信号接地路径分开，特别是在处理TTL电平逻辑阈值时。
• 靠近负载：将驱动器尽可能靠近负载，以最小化高电流走线的长度，减少串联电感，提高高速开关性能，并减少辐射到驱动器输入和周围电路的EMI。
• 引脚连接：6引脚MLP封装的引脚2内部连接到输入模拟地，应通过IC下方的短直接路径连接到功率地引脚5；5引脚SOT23的内部模拟和功率接地连接通过单独的键合线连接到引脚2，应作为功率和控制信号的公共接地点。
• 减少噪声影响：为了获得最佳效果，应使所有引脚的连接尽可能短而直接，以减少高速功率电路可能受到的噪声影响。

4.8 热准则

栅极驱动器在高频开关MOSFET和IGBT时会消耗大量功率，因此确定驱动器的功率损耗和结温非常重要，以确保部件在可接受的温度范围内工作。总功率损耗由(P{GATE})和(P{DYNAMIC})两部分组成：

[P{TOTAL }=P{GATE }+P_{DYNAMIC }]

其中，(P{GATE}=Q{G} cdot V{GS} cdot f{SW})，(P{DYNAMIC }=I{DYNAMIC } cdot V_{DD})。确定驱动器的功率损耗后，可以使用热方程评估驱动器结相对于电路板的温度上升：

[T{J}=P{TOTAL } cdot Psi{JB}+T{B}]

在实际应用中，不同封装的热性能有所不同。例如，5引脚SOT23的(psi{JB}=51^{circ} C / W)，6引脚MLP封装的(psi{JB}=2.8^{circ} C / W)，较小的MLP封装具有更好的散热性能。

五、总结

FL3100T低侧栅极驱动器凭借其出色的PWM调光控制、宽工作电压范围、快速开关性能和多种封装形式，为智能LED照明应用提供了可靠的解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择封装形式，注意布局和连接准则，以及考虑热管理问题，以充分发挥该驱动器的性能优势。大家在实际应用中是否遇到过类似驱动器的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。