深入解析onsemi FAN3223/FAN3224/FAN3225高速低侧双4A栅极驱动器

在电子设计领域，栅极驱动器是驱动MOSFET等功率器件的关键组件，它对于提高系统效率、降低功耗和增强可靠性起着至关重要的作用。今天我们就来深入了解一下onsemi推出的FAN3223/FAN3224/FAN3225系列高速低侧双4A栅极驱动器。

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一、产品概述

FAN3223 - 25系列是专为低侧开关应用设计的双4A栅极驱动器，能够在短开关间隔内提供高峰值电流脉冲，以驱动N沟道增强型MOSFET。该系列驱动器有TTL或CMOS输入阈值可供选择，内部电路具备欠压锁定（UVLO）功能，可确保在电源电压处于工作范围内时才使输出有效。此外，其A和B通道之间的内部传播延迟匹配，适用于对时序要求严格的双栅极驱动应用，如同步整流器，还能通过并联两个驱动器来有效加倍驱动单个MOSFET的电流能力。

二、产品特性

1. 电气特性

• 宽工作电压范围：支持4.5V至18V的工作电压范围，部分型号（如FAN3224TU）的工作电压范围为9.5V至18V，能适应不同的电源环境。
• 高峰值电流能力：在(V{DD}=12V)时，具有5A的峰值灌/拉电流；在(V{OUT}=6V)时，灌电流为4.3A，拉电流为2.8A，能够快速驱动MOSFET。
• 快速开关速度：典型的上升/下降时间为12ns/9ns（2.2nF负载），典型传播延迟小于20ns，且通道间匹配误差在1ns以内，可实现高速开关操作。

  2. 功能特性

• 多种驱动类型：提供三种版本的双独立驱动器，包括双反相 + 使能（FAN3223）、双同相 + 使能（FAN3224）和双输入（FAN3225），满足不同的电路设计需求。
• 内部电阻保护：如果没有输入信号，内部电阻会使驱动器关闭，增强了系统的安全性。
• MillerDrive技术：采用MillerDrive架构，在MOSFET开关过程的米勒平台阶段提供大电流，可有效降低开关损耗，同时具备轨到轨电压摆幅和反向电流能力。

  3. 封装与温度特性

• 封装形式：提供8引脚SOIC和8引脚SOIC外露焊盘（SOIC - EP）封装，方便不同的PCB布局需求。
• 宽温度范围：额定环境温度范围为 - 40°C至 + 125°C，适用于各种工业和汽车应用。
• 汽车级认证：符合AEC - Q100汽车级标准，可用于汽车电子系统。

三、引脚定义与输出逻辑

1. 引脚定义

该系列驱动器的引脚包括使能输入（ENA、ENB）、输入（INA、INA+、INA - 、INB、INB+、INB - ）、输出（OUTA、OUTB）、电源（VDD）和地（GND）等。使能引脚用于控制相应通道的驱动器，输入引脚接收控制信号，输出引脚驱动MOSFET。

2. 输出逻辑

不同型号的输出逻辑有所不同，例如FAN3223为反相驱动器，FAN3224为同相驱动器，FAN3225每个通道有双极性输入，可配置为同相或反相驱动，并可通过第二个输入实现可选的使能功能。具体的输出逻辑可参考数据手册中的真值表。

四、应用指南

1. 输入阈值选择

FAN322x系列提供TTL和CMOS两种输入阈值版本。TTL输入阈值独立于(V{DD})电压，具有约0.4V的滞后电压，要求驱动信号具有快速的上升和下降沿；CMOS输入阈值依赖于(V{DD})电平，在(V{DD}=12V)时，逻辑上升沿阈值约为(V{DD})的55%，下降沿阈值约为38%，具有约17% (V_{DD})的滞后电压，可用于相对缓慢的边沿信号。

2. 静态电源电流

在所有输入/使能引脚浮空（输出为低）时，静态电源电流最小。当输入或使能引脚有信号时，额外的电流会通过内部的100k电阻，实际静态电流为曲线值加上这部分额外电流。

3. MillerDrive技术应用

MillerDrive架构通过在MOSFET开关过程的米勒平台阶段提供大电流，加快了开关速度。在零电压开关应用中，即使没有米勒平台，驱动器也能提供高峰值电流以实现快速开关，常用于同步整流器应用。

4. 欠压锁定（UVLO）功能

UVLO功能确保IC在电源电压低于UVLO电平之前输出保持低电平，电源电压上升超过UVLO电平后，IC正常工作；电源电压下降0.2V后，IC才会关闭，可防止低(V_{DD})电源电压噪声引起的抖动。但该功能不适用于驱动高端P沟道MOSFET。

5. (V_{DD})旁路电容选择

为了使IC能够快速开启设备，应在VDD和GND引脚之间连接一个低ESR和ESL的高频旁路电容(C{BYP})，其值通常应大于等效负载电容(C{EQV})的20倍，以保持(V{DD})电源的纹波电压≤5%。在存在电路噪声时，可增加(C{BYP})的值或使用两个电容组合。

6. 布局和连接指南

• 分离高低电流路径：将高电流输出和电源地路径与逻辑和使能输入信号及信号地路径分开，特别是在处理TTL电平逻辑阈值时。
• 靠近负载放置：将驱动器尽可能靠近负载，以减少高电流走线长度，降低串联电感，提高高速开关性能，减少辐射EMI。
• 处理未使用通道：在噪声环境中，将未使用通道的输入引脚通过短走线连接到VDD或GND，防止噪声引起的虚假输出开关。
• 优化电流路径：最小化MOSFET开启和关闭时的电流路径电阻和电感，确保驱动器和MOSFET之间的电流顺畅流动。

五、热管理

MOSFET和IGBT在高频开关时，栅极驱动器会消耗大量功率。为确保器件在可接受的温度范围内工作，需要计算驱动器的总功率损耗(P{TOTAL})，它由栅极驱动损耗(P{GATE})和动态预驱动/直通电流损耗(P{DYNAMIC})两部分组成： [P{TOTAL}=P{GATE}+P{DYNAMIC}] 其中，(P{GATE}=Q{G}×V{GS}×f{SW}×n)，(P{DYNAMIC}=I{DYNAMIC}×V{DD}×n)。 计算出功率损耗后，可根据热方程(T{J}=P{TOTAL}×Psi{JB}+T_{B})评估驱动器结温相对于电路板的上升情况，确保结温不超过最大额定值。

六、典型应用

该系列驱动器广泛应用于开关模式电源、高效MOSFET开关、同步整流电路、DC - DC转换器、电机控制和汽车级系统等领域。在实际应用中，可根据具体需求选择合适的型号和配置。

七、订购信息

数据手册中提供了详细的订购信息，包括不同型号的逻辑类型、输入阈值、封装形式、包装方法和每卷数量等。需要注意的是，部分器件已停产，具体情况可参考数据手册中的相关表格。

总之，onsemi的FAN3223/FAN3224/FAN3225系列栅极驱动器以其高性能、多功能和良好的可靠性，为电子工程师在设计低侧开关应用时提供了优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的电路要求和工作环境，合理选择型号、优化布局和进行热管理，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。