单9 - A高速低侧栅极驱动器FAN3121和FAN3122：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，栅极驱动器是驱动功率MOSFET等开关器件的关键组件。今天我们来详细探讨安森美（onsemi）的单9 - A高速低侧栅极驱动器FAN3121和FAN3122，了解它们的特性、应用场景以及设计过程中需要注意的要点。

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产品概述

FAN3121和FAN3122 MOSFET驱动器专为驱动低侧开关应用中的N沟道增强型MOSFET而设计，通过提供高峰值电流脉冲来实现快速开关。它们具有多种特性，适用于多种应用场景。

特性亮点

1. 输入阈值选择：可匹配TTL输入阈值电平（FAN312xT）或与VDD成比例的CMOS输入阈值电平（FAN312xC），满足不同的逻辑电平需求。
2. 欠压锁定（UVLO）功能：内部电路使输出保持低电平，直到电源电压进入工作范围，确保系统在合适的电压下启动。
3. MillerDrive架构：内置的MillerDrive架构在MOSFET开/关过程的米勒平台区域提供高峰值电流，加快开关速度。
4. 使能功能：在引脚3（EN）上实施使能功能，内部上拉至VDD以获得高电平有效逻辑，标准运行时为开路。
5. 多种封装形式：商用型采用3x3 mm 8 - 引线散热增强型MLP封装或8 - 引线SOIC封装，AEC - Q100符合汽车行业标准的版本提供8 - 引脚SOIC封装。

电气参数

• 工作电压范围：4.5 - V到18 - V，能适应不同的电源环境。
• 峰值电流：11.4A峰值灌电流（VDD = 12 V），9.7 - A灌电流/7.1 - A源电流（VOUT = 6 V），提供强大的驱动能力。
• 开关速度：10nF负载时具有23 - ns/19 - ns（典型值）的上升/下降时间，18ns至23ns典型传播延迟时间，实现快速开关。

引脚定义与输出逻辑

引脚定义

FAN3121	FAN3122	名称	说明
3	3	EN	使能输入，拉低该引脚禁用驱动器，兼容TTL和CMOS逻辑阈值电平。
4,5	4,5	GND	接地，输入与输出电路的公共参考地。
2	2	IN	输入。
6,7	6,7	OUT	栅极驱动输出，保持低电平，除非出现所需输入且VDD高于UVLO阈值。
1,8	1,8	VDD	电源电压，向IC提供电源。
		P1	散热焊盘（仅限于MLP封装），封装底部外露金属，可悬浮或与GND连接，不适合承载电流。

输出逻辑

FAN3121为反相配置，FAN3122为同相配置，具体输出逻辑如下：	FAN3121
EN	IN	OUT
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	0

FAN3122
EN	IN	OUT
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

应用场景

FAN3121和FAN3122适用于多种应用场景，包括但不限于：

1. 同步整流电路：提高电源效率，减少能量损耗。
2. 高效MOSFET开关：实现快速开关，降低开关损耗。
3. 开关电源：为电源电路提供稳定的驱动信号。
4. DC - DC转换器：确保转换器的高效运行。
5. 电机控制：精确控制电机的转速和方向。
6. 符合汽车行业标准的系统：AEC - Q100符合汽车行业标准的版本可用于汽车电子系统。

设计要点

输入配置

FAN3121和FAN3122系列提供TTL或CMOS输入配置版本。TTL输入阈值不依赖于VDD电压，有约0.7V的滞回电压，驱动信号应有快速上升和下降沿；CMOS输入阈值依赖于VDD电平，提供约17%VDD大小的滞回电压，可使用较慢的边沿。

静态电源电流

在Idd（静态）典型性能特性中，波形曲线是在所有输入端/使能端浮置（输出为低电平）的条件下产生的。对于其它状态，静态Idd电流的实际值为曲线值与流过输入端和输出端100k电阻的附加电流之和。

MillerDrive栅极驱动技术

FAN312x栅极驱动器引入的MillerDrive结构，通过双极性器件和MOS器件的结合，在较宽的电源电压与温度变化范围内提供大电流，加快开关速度。

欠压锁定（UVLO）

采用欠压锁定功能，确保IC正常启动，优化启动逻辑以驱动以地为参考的N - 沟道MOSFET。当VDD低于4.0V时，输出保持低电平，电源电压必须超过欠压保护点0.25V才能关断此功能，防止抖动。

VDD旁路和布局注意事项

在典型应用中，需要高电流脉冲对功率MOSFET的栅极进行充电和放电。应在VDD和GND引脚间直接连接具有低ESR和ESL的旁路电容，以提供大电流脉冲而不会在VDD电源产生无法接受的波纹。同时，要最小化通路上的电阻和电感。

热指南

栅极驱动器驱动高频率开关MOSFET和IGBT时会产生显著的功耗。总功耗为栅极驱动损耗（PGATE）和动态预驱动/直通电流（PDYNAMIC）之和： [P{TOTAL }=P{GATE }+P{DYNAMIC }] 其中， [P{GATE }=Q{G} cdot V{GS} cdot f{SW}] [P{DYMANIC }=I{DYNAMIC } cdot V{DD}] 确定驱动器的功耗后，可采用以下热公式估算相对电路板的驱动器结的温升： [T{J}=P{TOTAL } cdot Psi{JB}+T{B}] 其中，TJ为驱动器结温