探索 onsemi FAD3151MXA/71MXA：高性能單通道浮動柵極驅動器的卓越表現

在電子工程師的日常設計工作中，選擇合適的柵極驅動器對于實現高效、可靠的功率開關控制至關重要。今天，我們將深入探討 onsemi 推出的 FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 單通道浮動汽車柵極驅動器，看看它們在實際應用中能為我們帶來哪些驚喜。

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產品概述

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 專為驅動高達 110 V 的高速功率 MOSFET 而設計，采用 SOI 技術，能有效抵御高達 -80 V 的嚴重負瞬變和接地偏移，具有出色的抗噪聲能力。這兩款驅動器集成了去飽和檢測功能，可在短路和過流情況下保護功率開關，還具備軟關斷特性，能防止重載條件下功率 MOSFET 出現過壓現象。此外，它們配備了雙向故障報告引腳，可在去飽和和欠壓鎖定（UVLO）時生成故障輸出，并能響應外部故障命令，方便系統進行故障通信。其中，FAD3171MXA 還集成了電荷泵，支持高端 MOSFET 的 100% 占空比運行。

應用電路原理圖

框圖

核心特性剖析

高電壓與大電流驅動能力

這兩款驅動器具備 110 V 浮動 Vs 能力，負瞬變能力高達 -80 V，輸出源和灌電流均為 2.5 A，能夠為功率 MOSFET 提供強勁的驅動信號，確保其穩定工作。

多重保護機制

• 去飽和檢測與軟關斷：通過監測功率 MOSFET 的漏源電壓，當出現去飽和情況時，驅動器會觸發軟關斷，避免功率開關因過流而損壞。
• 欠壓鎖定（UVLO）：對輸入邏輯和輸出級進行欠壓監測，當電源電壓低于設定閾值時，觸發故障保護，確保驅動器在安全的電壓范圍內工作。
• 雙向故障報告：雙向故障報告引腳可實時反饋驅動器的故障狀態，并能響應外部故障命令，方便系統進行故障診斷和處理。

高速與高抗干擾性能

驅動器具有短傳播延遲，dVs/dt 抗擾度最小為 ±50 V/ns，能有效抵御高速電壓變化帶來的干擾，確保信號的準確傳輸。同時，它支持 3.3 V 和 5 V 輸入邏輯，輸入引腳可承受高達 VDD 的電壓擺動，具有良好的兼容性。

集成電荷泵（僅 FAD3171MXA）

FAD3171MXA 集成的電荷泵可支持高端 MOSFET 的 100% 占空比運行，解決了長時間導通時自舉電容放電導致的欠壓問題，提高了驅動器的可靠性和穩定性。

其他特性

這兩款驅動器采用 SOIC - 8 封裝，符合汽車級 AEC Q100 標準，無鉛且符合 RoHS 規范，適用于各種汽車電子應用。

典型應用場景

• MOSFET 柵極驅動：可用于 80V 和 100V MOSFET 的柵極驅動，為功率開關提供穩定的驅動信號。
• 48 V 系統應用：在 48 V 皮帶啟動發電機、48 V 輔助電機控制（如空調壓縮機、電子渦輪等）、48 V 電池開關、48 V DC - DC 轉換器等應用中發揮重要作用。
• 其他應用：還可用于 PTC 加熱器、主動放電電路等。

電氣特性詳解

電源部分

驅動器對 Vs 和 VDD 電源進行欠壓監測，分別設置了正向和負向閾值。在啟動過程中，Vs 有一定的壓擺率限制，同時還規定了不同電源的靜態和工作電流，以及偏移電源的泄漏電流。

邏輯輸入部分

輸入引腳具有 40 ns 的脈沖濾波時間，可過濾短脈沖信號，避免輸出狀態誤觸發。

故障部分

定義了故障輸出的電壓電平、故障引腳的下拉電阻、去飽和檢測閾值等參數，以及去飽和檢測到 HO 和 FLT 的傳播延遲、FLT 鎖定持續時間等。

柵極驅動輸出部分

規定了高、低電平輸出電壓、源和灌峰值脈沖電流、允許的負 Vs 引腳電壓、驅動輸出上拉和下拉電阻等參數，確保驅動器能夠為功率 MOSFET 提供合適的驅動信號。

電荷泵部分（僅 FAD3171MXA）

FAD3171MXA 的電荷泵具有特定的開啟和關閉閾值、遲滯特性、輸出電流能力和振蕩頻率，能在需要時為高端 MOSFET 提供穩定的電源支持。

動態部分

包括輸入脈沖濾波時間、導通和關斷傳播延遲、上升和下降時間、VDD 和 VBS 欠壓濾波時間、外部 FLT 脈沖寬度等參數，反映了驅動器的動態響應性能。

功能特性深入解讀

輸入和故障信號緩沖

驅動器的輸入和故障引腳分別設有 40 ns 和 3 μs 的濾波器，可有效過濾短脈沖噪聲，避免輸出狀態誤觸發，提高了驅動器的抗干擾能力。

VDD 和 VBS 欠壓鎖定（UVLO）

UVLO 監測電路對 VDD 和 VBS 電源進行實時監測，當電壓低于閾值時，根據欠壓持續時間采取不同的保護措施。在欠壓初期，驅動器輸出正常；超過 10 μs 后，觸發故障保護，故障引腳拉低，直到欠壓情況消失或 FLT 鎖定持續時間結束。

去飽和保護與軟關斷

驅動器通過去飽和檢測電路監測功率 MOSFET 的漏源電壓，當電壓超過設定閾值時，觸發軟關斷保護。輸出通過大的關斷電阻緩慢拉低，減少了功率開關上的電壓過沖，保護了器件安全。同時，還詳細介紹了實現去飽和保護所需的外部組件及其作用。

外部故障觸發

雙向故障報告引腳可響應外部故障信號，當外部 FLT 引腳拉低時間超過 3 μs 時，驅動器輸出關閉。該功能允許多個柵極驅動器的故障引腳互連，實現主動短路（ASC）保護。

電荷泵實現 100% 占空比運行

FAD3171MXA 的電荷泵可在高端開關長時間導通時，為自舉電容補充電荷，防止欠壓鎖定保護觸發。電荷泵僅在需要時開啟，以減少連續功耗。其開啟條件包括 VDD 電壓高于正閾值、Vs 電壓高于 24 V、VBS 電壓低于開啟閾值；關閉條件為 VBS 電壓高于關閉閾值或 VDD 電壓低于負閾值。

總結與思考

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 單通道浮動柵極驅動器憑借其卓越的性能和豐富的功能特性，為汽車電子和其他高壓應用提供了可靠的解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體應用場景，合理選擇驅動器型號，并注意外部組件的參數設置和布局，以充分發揮驅動器的性能優勢。同時，對于電荷泵的使用，需要注意其工作條件和輸出能力，確保在高占空比運行時能夠穩定供電。大家在使用這兩款驅動器的過程中，是否遇到過一些特殊的問題或挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。