ON Semiconductor FAN7081-GF085 高侧栅极驱动器：设计与应用解析

一、引言

在电子设计领域，高侧栅极驱动器是驱动 MOSFET 或 IGBT 等功率器件的关键组件。ON Semiconductor（现 onsemi）推出的 FAN7081-GF085 高侧栅极驱动器，以其出色的性能和特性，在诸多应用场景中展现出强大的优势。本文将深入解析该驱动器的特点、参数及应用，为电子工程师的设计工作提供有价值的参考。

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二、FAN7081-GF085 概述

2.1 产品特性

• AEC Q100 认证：符合汽车级标准，具备高可靠性，适用于汽车电子等对可靠性要求极高的应用场景。
• 浮动通道设计：采用浮动通道设计，可实现高达 +600V 的自举操作，能够在高电压环境下稳定工作。
• 负瞬态电压耐受性：VS 引脚对负瞬态电压具有良好的耐受性，同时具备 dV/dt 免疫能力，有效减少噪声干扰。
• 宽电源范围：栅极驱动电源范围为 10V 至 20V，为设计提供了更大的灵活性。
• 欠压锁定（UVLO）：内置 UVLO 电路，当 VCC 和 VBS 低于指定阈值电压时，可防止驱动器出现故障，提高系统的稳定性。
• CMOS 施密特触发输入：输入采用 CMOS 施密特触发方式，并带有上拉电阻，逻辑输入与标准 CMOS 输出兼容。
• 反相输出：高侧输出与输入反相，方便工程师进行电路设计。

2.2 典型应用

• 柴油和汽油喷射器/阀门：可用于控制柴油和汽油发动机的喷射器和阀门，实现精确的燃油喷射控制。
• MOSFET 和 IGBT 高侧驱动应用：为 MOSFET 和 IGBT 提供高电压、高速的驱动能力，广泛应用于功率转换、电机控制等领域。

三、产品规格与参数

3.1 订购信息

器件型号	封装形式	工作温度范围
FAN7081M-GF085	SOIC-8	-40°C ~ 125°C
FAN7081MX-GF085	SOIC-8	-40°C ~ 125°C

3.2 引脚定义

引脚编号	引脚名称	I/O 属性	引脚功能描述
1	VCC	P	驱动器电源电压
2	IN	I	高侧栅极驱动输出的逻辑输入，与 HO 反相
3	COM	P	接地
4	NC	-	未连接
5	NC	-	未连接
6	VS	P	MOSFET 源极连接的高侧浮动偏移
7	HO	A	MOSFET 栅极连接的高侧驱动输出
8	VB	P	驱动器输出级电源

3.3 绝对最大额定值

参数	符号	最小值	最大值	单位
高侧浮动电源偏移电压	VS	VB - 25	VB + 0.3	V
高侧浮动电源电压	VB	-0.3	625	V
高侧浮动输出电压	VHO	Vs - 0.3	VB + 0.3	V
电源电压	VCC	-0.3	25	V
IN 输入电压	VIN	-0.3	Vcc + 0.3	V
功率耗散	Pd	-	0.625	W
结到环境的热阻	Rthja	-	200	°C/W
静电放电电压（人体模型）	VESD	1K	-	V
充电设备模型	VCDM	500	-	V
结温	Tj	-	150	°C
存储温度	TS	-55	150	°C

3.4 推荐工作条件

参数	符号	最小值	最大值	单位
高侧浮动电源电压（DC），瞬态：-10V@ 0.2 us	VB	VS + 10	Vs + 20	V
高侧浮动电源偏移电压（DC）	VS	-4 (@VBS >= 10V) -5 (@VBS >= 11.5V)	600	V
高侧浮动电源偏移电压（瞬态）	VS	-25 (~200ns) -20(200ns ~240ns) -7(240ns~400ns)	600	V
高侧浮动输出电压	VHO	VS	VB	V
允许的偏移电压转换速率	dv/dt	-	50	V/ns
电源电压	VCC	10	20	V
IN 输入电压	VIN	0	Vcc	V
开关频率	Fs	-	200	KHz
最小脉冲宽度	Tpulse	85	-	ns
环境温度	Ta	-40	125	°C

3.5 静态电气特性

在 -40°C <= Ta <= 125°C，VCC = 15V，VBS = 15V，VS = 0V，RL = 50Ω，CL = 2.5nF 的条件下：	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
Vcc 和 VBS 电源欠压正向阈值	VCCUV+、VBSUV+	-	-	8.7	9.8	V
Vcc 和 VBS 电源欠压负向阈值	VCCUV -、VBSUV -	-	7.4	8.2	-	V
Vcc 和 VBS 电源欠压迟滞	VCCUVH、VBSUVH	-	0.2	0.5	-	V
欠压锁定响应时间	tduvcc、tduvbs	VCC: 10V --> 7.3V 或 7.3V --> 10V，VBS: 10V --> 7.3V 或 7.3V --> 10V	0.5	-	20	us
偏移电源泄漏电流	ILK	VB = VS = 600V	-	-	50	uA
静态 VBS 电源电流	IQBS	VIN = 0	-	23	250	uA
静态 Vcc 电源电流（VIN = 0V）	IQCC1	VIN = 0V	-	42	120	uA
静态 Vcc 电源电流（VIN = 15V）	IQCC2	VIN = 15V	-	25	100	uA
高逻辑电平输入电压	VIH	-	0.63VCC	-	-	V
低逻辑电平输入电压	VIL	-	-	-	0.4VCC	V
IN 低逻辑电平输入偏置电流	IIN +	VIN = 0	-	15	50	uA
IN 高逻辑电平输入偏置电流	IIN -	VIN = 15V	-	0	1	uA
高电平输出电压，VBIAS - VO	VOH	IO = 0	-	-	0.1	V
低电平输出电压，VO	VOL	IO = 0	-	-	0.1	V
峰值输出源电流	IO1 +	-	250	-	-	mA
峰值输出灌电流	IO1 -	-	500	-	-	mA
等效输出电阻	ROP	-	-	40	60	Ω
RON	-	-	20	30	Ω

3.6 动态电气特性

在 -40°C <= Ta <= 125°C，VCC = 15V，VBS = 15V，VS = 0V，RL = 50Ω，CL = 2.5nF 的条件下：	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入到输出导通传播延迟	tplh	50% 输入电平到 10% 输出电平，VS = 0V	-	130	300	ns
输入到输出关断传播延迟	tphl	50% 输入电平到 90% 输出电平，VS = 0V	-	140	300	ns
输出上升时间	tr1	10% 到 90%，Tj = 25°C，VBS = 15V	-	15	400	ns
tr2	10% 到 90%	-	-	500	ns
输出下降时间	tf1	90% 到 10%，Tj = 25°C，VBS = 15V	-	10	150	ns
tf2	90% 到 10%	-	-	500	ns

四、应用信息

4.1 输入/输出与电源关系

通过真值表可以清晰地了解 Vcc、VBS、VIN 和 VHO 之间的逻辑关系，这对于电路设计和故障排查非常重要。	VCC	VBS	IN	HO
< VCCUVLO -	X	X	OFF
X	< VBSUVLO -	X	OFF
X	X	HIGH	OFF
> VCCUVLO +	> VBSUVLO +	LOW	ON

4.2 典型应用电路与波形

文档中提供了输入/输出时序图、输出（HO）开关时序图、VB 压降电压图以及推荐的最小短脉冲宽度等典型波形，这些波形图有助于工程师理解驱动器在实际应用中的工作情况，从而进行合理的电路设计和参数调整。

4.3 性能图表

性能图表展示了驱动器在 -40°C 至 125°C 环境温度下的各项性能参数随温度和电源电压的变化情况，如导通延迟时间、关断延迟时间、上升时间、下降时间、输出电压、输入电流等。这些图表为工程师在不同工作条件下选择合适的参数提供了重要依据。

五、总结

FAN7081-GF085 高侧栅极驱动器凭借其丰富的特性和出色的性能，为电子工程师在设计高电压、高速驱动电路时提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择工作参数，并参考文档中的典型应用电路和性能图表，以确保驱动器能够稳定、高效地工作。同时，在使用过程中要注意遵守产品的相关规定和注意事项，避免因不当使用而导致产品损坏或出现安全问题。你在使用 FAN7081-GF085 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。