FAN3XXX系列高速低端MOSFET驅(qū)動(dòng)器概述
FAN3XXX系列是飛兆公司(FAIRCHILD)2007年10月推出的新產(chǎn)品,是一種高速低端MOSFET驅(qū)動(dòng)器系列。該系列各種驅(qū)動(dòng)器與PWM控制器及功率MOSFET組合可設(shè)計(jì)出各種高頻、大功率開關(guān)電源。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的通道數(shù)、輸出電流大小,有不同的封裝及型號(hào),可滿足各種開關(guān)電源的大小結(jié)構(gòu)及不同輸出功率的需要,如表1所示。
表1 FAN3XXX型號(hào)列表
主要特點(diǎn)
FAN3XXX系列主要特點(diǎn):
1 速度高
FAN3XXX在2.2nF負(fù)載時(shí),輸入90%到輸出10%的時(shí)間小于35nS。在傳播延遲上比很多競(jìng)爭(zhēng)者要快。
2 兩通道間緊密匹配
FAN3224在4.7nF負(fù)載時(shí),在兩通道間的差別測(cè)量值小于0.5nS(典型值)。兩通道并聯(lián)時(shí)有極好的性能。
3 輸入結(jié)構(gòu)
FAN3XXX系列有單輸入驅(qū)動(dòng)器及雙輸入驅(qū)動(dòng)器,應(yīng)用十分靈活。單輸入結(jié)構(gòu)如圖1所示。例如FAN322X雙驅(qū)動(dòng)器,每一通道都有使能端(EN),另一輸入端輸入反相或同相邏輯。
圖1 單輸入結(jié)構(gòu)
雙輸入結(jié)構(gòu)如圖2所示。同相工作時(shí)將IN-端接L,使用IN+輸入;反相工作時(shí)將IN+接H,使用IN-輸入。其真值表如表2所示。
圖2 雙輸入結(jié)構(gòu)
FAN3100用作同相驅(qū)動(dòng)器時(shí)接法如圖3所示,其輸入及輸出波形如圖4所示。從圖中可看出:在VDD低于欠壓鎖存(UVL0)閾值時(shí),無輸出,只有VDD大于欠壓鎖存閾值電壓時(shí)才有輸出。
圖3 FAN3100做同相驅(qū)動(dòng)器的接法
圖4 FAN3100做同相驅(qū)動(dòng)器的輸入/輸出波形
FAN3100用作反相驅(qū)動(dòng)器時(shí)接法如圖5所示,其輸入及輸出波形如圖6所示。
圖5 FAN3100做同相驅(qū)動(dòng)器的接法
圖6 FAN3100做同相驅(qū)動(dòng)器的輸入/輸出波形
4 CMOS或TTL邏輯電壓兼容
FAN3XXX系列的各型號(hào)的輸入信號(hào)是CMOS或TTL邏輯電壓兼容,使設(shè)計(jì)更容易。在TTL電壓輸入時(shí),其高電壓≥2.0V;低電壓≤0.8V。CMOS輸入閾值與VDD有關(guān),高電壓≈0.6VDD;低電壓≈0.4VDD。
5 封裝尺寸小
在業(yè)界中FAN3XXX系列封裝尺寸是最小的。2A驅(qū)動(dòng)器采用2mm2mm的MLP-6封裝;4A驅(qū)動(dòng)器采用3mm3mm的MLP-8封裝。另外,它也有SOLC及SOT標(biāo)準(zhǔn)封裝。各種封裝的尺寸如圖7所示。
圖7 FAN3XXX的封裝
6 工作電壓范圍寬,其VDD極限值為20V。
典型應(yīng)用電路
FAN3XXX系列MOSFET驅(qū)動(dòng)器與PWM控制器及功率MOSFET可以組成各種不同結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源。圖8是一種采用2個(gè)FAN3100 MOSFET驅(qū)動(dòng)器(IC1、IC2)及3個(gè)功率MOSFET(Q1~Q3)組成的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器電路(圖中未畫出PWM控制器,僅畫出PWM控制器輸出的PWM信號(hào))。
圖8 隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器電路
在圖8中,IC1的IN-接地組成同相驅(qū)動(dòng)電路,輸出的PWM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后驅(qū)動(dòng)開關(guān)器Q1,Q1的負(fù)載是高頻變壓器T1的原邊線圈,高頻變壓器副邊得電。PWM控制器輸出的PWM信號(hào)同時(shí)輸入到高頻變壓器T2,經(jīng)T2隔離后的PWM信號(hào)加到IC2的IN-端(IC2的IN+接地,組成反相驅(qū)動(dòng)器),驅(qū)動(dòng)器IC2的輸出去控制變壓器副邊的MOSFET Q3(Q3作同步整流器)。
在T1副邊上+下-時(shí),Q2導(dǎo)通、Q3截止,電壓經(jīng)電感L1、COUT及負(fù)載供電,經(jīng)Q2形成回路。在T1副邊上-下+時(shí),Q2截止,IC2輸出的高電壓使Q3導(dǎo)通。L1儲(chǔ)存的能量向負(fù)載釋放,經(jīng)Q3形成回路,其工作狀態(tài)如圖9所示。這種同步整流的結(jié)構(gòu)具有較高的轉(zhuǎn)換效率。
圖9 工作狀態(tài)
圖8僅畫出驅(qū)動(dòng)開關(guān)器Q1及驅(qū)動(dòng)同步整流器Q3的部分電路。要輸出電壓穩(wěn)定還需要將輸出電壓經(jīng)光電耦合器隔離反饋到PWM控制器,改變輸出脈沖寬度來調(diào)節(jié)輸出電壓,這部分電路未在圖8中畫出。
驅(qū)動(dòng)器電流參數(shù)的選擇
FAN3XXX系列低端MOSFET驅(qū)動(dòng)器IC使用較方便、電路簡(jiǎn)單,在開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)主要是選擇其電流參數(shù)。這里先介紹一下為什么MOSFET在工作時(shí)需要這樣大的電流?
MOSFET是一種柵極電壓控制漏極電流的器件,在低端MOSFET中以地為基準(zhǔn),其漏極電流ID由柵極電壓VG大小來決定(或VGS大小來決定)。VGS越大,則ID越大,如圖10C所示。這好像與電流沒有關(guān)系。但在柵極電壓建立的過程中,由于在柵極與源極之間存在極間電容CGS(如圖10a所示),驅(qū)動(dòng)器需要提供電流向CGS充電,充電電流為IGS(如圖10b所示)。當(dāng)要求MOSFET導(dǎo)通時(shí)間很快,則要求充電電流很大。同樣,在MOSFET要求很快關(guān)斷時(shí),CGS上的電荷要很快通過驅(qū)動(dòng)器放掉,也會(huì)形成很大的放電電流。CGS的容量越大、要求MOSFET的開關(guān)速度越高,則在導(dǎo)通及關(guān)斷過程中的充、放電流越大,這種充放電電流可達(dá)幾A。
圖10a MOSFET中的柵源電容
圖10b MOSFET中的充電電流
圖10C MOSFET的VGS
在功率MOSFET選定后,在數(shù)據(jù)資料(data sheet)中可找到總的柵極電荷QG值,按QG=CGSVDD,求出CGS值。為滿足電源的高頻開關(guān)要求,盡可能選擇QG小的MOSFET,不僅可滿足高頻開關(guān)要求,并且使驅(qū)動(dòng)器功耗也較小。CGS值與MOSFET的輸出漏極電流ID大小及其耐壓大小有關(guān),一般為幾十nC到一百多nC。
表3給出各種不同QG條件時(shí),在不同驅(qū)動(dòng)器電流時(shí)的開關(guān)時(shí)間。設(shè)計(jì)者可參照表3選擇電流參數(shù)。
在開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí),最大的開關(guān)頻率是確定的,則開關(guān)時(shí)間也確定。其次根據(jù)選定的開關(guān)器,確定其QG,則利用表3可確定需要多大電流的驅(qū)動(dòng)器。
驅(qū)動(dòng)器的電流參數(shù)也可用近似的計(jì)算方法來計(jì)算,其計(jì)算公式如下:
開關(guān)導(dǎo)通時(shí)(輸出源電流),IDVR,SRC≥1.5(QG/tsw-on) (1)
開關(guān)關(guān)斷時(shí)(輸入沉電流),IDVR,SNK≥1.5(QG/tsw-off) (2)
式中,IDVR,SRC及IDVR,SNK是驅(qū)動(dòng)器輸出源電流或輸入沉電流的電流中間值;QG是MOSFET的總柵極電荷(可從MOSFET資料中查到),1.5是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的系數(shù)。
驅(qū)動(dòng)器的功耗PDRIVE
驅(qū)動(dòng)器的總功耗為每個(gè)驅(qū)動(dòng)器功耗之和,每通道的功耗為:
PDRIVE=VDDQGfsw (3)
式中,VDD為驅(qū)動(dòng)器的工作電壓,QG為MOSFET的總柵極電荷,fSW為開關(guān)頻率。
按上式計(jì)算出的功耗應(yīng)小于該驅(qū)動(dòng)器最大允許的功耗。
評(píng)論