關(guān)于NCP81155 MOSFET驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)解讀

在電子工程領(lǐng)域，MOSFET驅(qū)動(dòng)器是電源管理電路中的關(guān)鍵組件，它對(duì)于高效、穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)MOSFET起著至關(guān)重要的作用。今天我們來(lái)深入了解一款高性能的雙MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器——NCP81155。

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產(chǎn)品概述

NCP81155是一款采用3mm x 3mm小型封裝的高性能雙MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器，專為降壓或降壓 - 升壓應(yīng)用中的高端和低端功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)而優(yōu)化。它具備VCC欠壓鎖定（UVLO）功能，可確保在電源電壓較低時(shí)MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)。此外，雙向使能引腳在檢測(cè)到UVLO故障時(shí)會(huì)向控制器提供故障信號(hào)。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

封裝設(shè)計(jì)

采用3mm x 3mm DFN8熱增強(qiáng)型封裝，這種小尺寸封裝在節(jié)省空間方面表現(xiàn)出色，對(duì)于對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如電子煙、無(wú)人機(jī)等非常適用。你有沒(méi)有在設(shè)計(jì)中遇到過(guò)因?yàn)樵叽邕^(guò)大而導(dǎo)致布局困難的情況呢？

電源電壓范圍

VCC范圍為4.5V至13.2V，能夠適應(yīng)較寬的電源電壓變化，增強(qiáng)了產(chǎn)品在不同電源環(huán)境下的適用性。

集成功能

集成了自舉二極管，并且與3.3V和5V PWM輸入兼容。雙向使能特性在UVLO故障時(shí)會(huì)將使能引腳拉低，自適應(yīng)抗交叉導(dǎo)通電路可防止FET導(dǎo)通和關(guān)斷期間的交叉導(dǎo)通，輸出禁用控制可關(guān)閉兩個(gè)MOSFET，VCC欠壓鎖定功能保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，該器件還符合無(wú)鉛、無(wú)鹵素/BFR以及RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

引腳與參數(shù)解讀

引腳連接

該驅(qū)動(dòng)器共有9個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，BST是高端柵極驅(qū)動(dòng)器的浮動(dòng)自舉電源引腳，需在該引腳和SW引腳之間連接自舉電容；PWM為控制輸入引腳，通過(guò)高低電平控制DRVH和DRVL的輸出狀態(tài)；EN為使能輸入引腳，高電平使能驅(qū)動(dòng)器，低電平禁用驅(qū)動(dòng)器等。詳細(xì)的引腳描述可參考文檔中的引腳說(shuō)明表。

絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。如VCC主電源電壓輸入的最大值為15V（16V < 50 ns），最小值為 - 0.3V等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)損壞器件，影響其功能和可靠性。

電氣特性

電氣特性表中詳細(xì)列出了各種參數(shù)，包括電源電壓、欠壓鎖定、電源電流、自舉二極管、PWM輸入、高端和低端驅(qū)動(dòng)器等方面的參數(shù)。例如，正常模式下的電源電流典型值為10mA，待機(jī)電流在不同條件下有所不同。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

工作原理與應(yīng)用信息

高低端驅(qū)動(dòng)器

• 低端驅(qū)動(dòng)器：用于驅(qū)動(dòng)接地參考的低 (R_{DS(on)}) N - 溝道MOSFET，其電源電壓內(nèi)部連接到VCC和GND引腳。
• 高端驅(qū)動(dòng)器：用于驅(qū)動(dòng)浮動(dòng)的低 (R_{DS(on)}) N - 溝道MOSFET，其柵極電壓由參考SW引腳的自舉電路產(chǎn)生。自舉電路由集成二極管和外部自舉電容組成，在啟動(dòng)時(shí)，SW引腳接地，自舉電容通過(guò)自舉二極管充電至VCC；當(dāng)PWM輸入為高電平時(shí)，高端驅(qū)動(dòng)器利用自舉電容存儲(chǔ)的電荷導(dǎo)通高端MOSFET。

自舉電路

自舉電路依賴外部電荷存儲(chǔ)電容（CBST）和集成二極管為高端驅(qū)動(dòng)器提供電流，建議使用值大于100nF的多層陶瓷電容（MLCC）作為CBST。

電源去耦

由于NCP81155需要向MOSFET的柵極引腳提供和吸收相對(duì)較大的電流，因此在VCC和GND引腳附近放置低ESR電容以保持恒定穩(wěn)定的電源電壓，通常使用1μF至4.7μF的MLCC。

欠壓鎖定

在VCC達(dá)到VCC UVLO閾值（典型值為4.35V）之前，DRVH和DRVL為低電平；達(dá)到閾值后，PWM信號(hào)控制DRVH和DRVL。VCC UVLO具有200mV的遲滯，并且DRVH和DRVL上有下拉電阻，可防止驅(qū)動(dòng)器斷電時(shí)MOSFET柵極積累足夠的電荷而導(dǎo)通。

PWM輸入邏輯

PWM輸入通過(guò)高低電平切換控制驅(qū)動(dòng)器的工作狀態(tài)。當(dāng)PWM高于 (PWM{HI}) 時(shí)，DRVL先經(jīng)過(guò)傳播延遲tpdlDRVL后關(guān)斷，再經(jīng)過(guò)tpdhDRVH延遲后DRVH導(dǎo)通；當(dāng)PWM低于 (PWM{LO}) 時(shí)，DRVH先經(jīng)過(guò)傳播延遲tpdlDRVH后關(guān)斷，再經(jīng)過(guò)tpdhDRVL延遲后DRVL導(dǎo)通。

熱考慮

隨著NCP81155功率的增加，可能需要進(jìn)行散熱處理。器件的最大功耗取決于電路板設(shè)計(jì)和布局，PCB上的安裝焊盤(pán)配置、電路板材料和環(huán)境溫度會(huì)影響器件結(jié)溫的上升速率。其最大功耗可通過(guò)公式 (P{D(MAX)}=frac{[T{J(MAX)}-T{A}]}{R{JA}}) 計(jì)算，實(shí)際功耗可通過(guò)公式 (P{D} approx V{CC} times[(n{HS} × Qg{HS}+n{LS} × Qg{LS}) × f+I_{standby}]) 估算。在設(shè)計(jì)中，你是否考慮過(guò)熱管理對(duì)系統(tǒng)性能的影響呢？

總結(jié)

NCP81155 MOSFET驅(qū)動(dòng)器憑借其緊湊的封裝、豐富的功能和良好的電氣性能，在同步降壓或降壓 - 升壓拓?fù)渲芯哂泻艽蟮膽?yīng)用潛力。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和使用該驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)充分考慮其各項(xiàng)特性和參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似的MOSFET驅(qū)動(dòng)器時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么挑戰(zhàn)或獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。