探索 onsemi FAD3151MXA/71MXA：高性能单通道浮动栅极驱动器的卓越表现

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的栅极驱动器对于实现高效、可靠的功率开关控制至关重要。今天，我们将深入探讨 onsemi 推出的 FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 单通道浮动汽车栅极驱动器，看看它们在实际应用中能为我们带来哪些惊喜。

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产品概述

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 专为驱动高达 110 V 的高速功率 MOSFET 而设计，采用 SOI 技术，能有效抵御高达 -80 V 的严重负瞬变和接地偏移，具有出色的抗噪声能力。这两款驱动器集成了去饱和检测功能，可在短路和过流情况下保护功率开关，还具备软关断特性，能防止重载条件下功率 MOSFET 出现过压现象。此外，它们配备了双向故障报告引脚，可在去饱和和欠压锁定（UVLO）时生成故障输出，并能响应外部故障命令，方便系统进行故障通信。其中，FAD3171MXA 还集成了电荷泵，支持高端 MOSFET 的 100% 占空比运行。

应用电路原理图

框图

核心特性剖析

高电压与大电流驱动能力

这两款驱动器具备 110 V 浮动 Vs 能力，负瞬变能力高达 -80 V，输出源和灌电流均为 2.5 A，能够为功率 MOSFET 提供强劲的驱动信号，确保其稳定工作。

多重保护机制

• 去饱和检测与软关断：通过监测功率 MOSFET 的漏源电压，当出现去饱和情况时，驱动器会触发软关断，避免功率开关因过流而损坏。
• 欠压锁定（UVLO）：对输入逻辑和输出级进行欠压监测，当电源电压低于设定阈值时，触发故障保护，确保驱动器在安全的电压范围内工作。
• 双向故障报告：双向故障报告引脚可实时反馈驱动器的故障状态，并能响应外部故障命令，方便系统进行故障诊断和处理。

高速与高抗干扰性能

驱动器具有短传播延迟，dVs/dt 抗扰度最小为 ±50 V/ns，能有效抵御高速电压变化带来的干扰，确保信号的准确传输。同时，它支持 3.3 V 和 5 V 输入逻辑，输入引脚可承受高达 VDD 的电压摆动，具有良好的兼容性。

集成电荷泵（仅 FAD3171MXA）

FAD3171MXA 集成的电荷泵可支持高端 MOSFET 的 100% 占空比运行，解决了长时间导通时自举电容放电导致的欠压问题，提高了驱动器的可靠性和稳定性。

其他特性

这两款驱动器采用 SOIC - 8 封装，符合汽车级 AEC Q100 标准，无铅且符合 RoHS 规范，适用于各种汽车电子应用。

典型应用场景

• MOSFET 栅极驱动：可用于 80V 和 100V MOSFET 的栅极驱动，为功率开关提供稳定的驱动信号。
• 48 V 系统应用：在 48 V 皮带启动发电机、48 V 辅助电机控制（如空调压缩机、电子涡轮等）、48 V 电池开关、48 V DC - DC 转换器等应用中发挥重要作用。
• 其他应用：还可用于 PTC 加热器、主动放电电路等。

电气特性详解

电源部分

驱动器对 Vs 和 VDD 电源进行欠压监测，分别设置了正向和负向阈值。在启动过程中，Vs 有一定的压摆率限制，同时还规定了不同电源的静态和工作电流，以及偏移电源的泄漏电流。

逻辑输入部分

输入引脚具有 40 ns 的脉冲滤波时间，可过滤短脉冲信号，避免输出状态误触发。

故障部分

定义了故障输出的电压电平、故障引脚的下拉电阻、去饱和检测阈值等参数，以及去饱和检测到 HO 和 FLT 的传播延迟、FLT 锁定持续时间等。

栅极驱动输出部分

规定了高、低电平输出电压、源和灌峰值脉冲电流、允许的负 Vs 引脚电压、驱动输出上拉和下拉电阻等参数，确保驱动器能够为功率 MOSFET 提供合适的驱动信号。

电荷泵部分（仅 FAD3171MXA）

FAD3171MXA 的电荷泵具有特定的开启和关闭阈值、迟滞特性、输出电流能力和振荡频率，能在需要时为高端 MOSFET 提供稳定的电源支持。

动态部分

包括输入脉冲滤波时间、导通和关断传播延迟、上升和下降时间、VDD 和 VBS 欠压滤波时间、外部 FLT 脉冲宽度等参数，反映了驱动器的动态响应性能。

功能特性深入解读

输入和故障信号缓冲

驱动器的输入和故障引脚分别设有 40 ns 和 3 μs 的滤波器，可有效过滤短脉冲噪声，避免输出状态误触发，提高了驱动器的抗干扰能力。

VDD 和 VBS 欠压锁定（UVLO）

UVLO 监测电路对 VDD 和 VBS 电源进行实时监测，当电压低于阈值时，根据欠压持续时间采取不同的保护措施。在欠压初期，驱动器输出正常；超过 10 μs 后，触发故障保护，故障引脚拉低，直到欠压情况消失或 FLT 锁定持续时间结束。

去饱和保护与软关断

驱动器通过去饱和检测电路监测功率 MOSFET 的漏源电压，当电压超过设定阈值时，触发软关断保护。输出通过大的关断电阻缓慢拉低，减少了功率开关上的电压过冲，保护了器件安全。同时，还详细介绍了实现去饱和保护所需的外部组件及其作用。

外部故障触发

双向故障报告引脚可响应外部故障信号，当外部 FLT 引脚拉低时间超过 3 μs 时，驱动器输出关闭。该功能允许多个栅极驱动器的故障引脚互连，实现主动短路（ASC）保护。

电荷泵实现 100% 占空比运行

FAD3171MXA 的电荷泵可在高端开关长时间导通时，为自举电容补充电荷，防止欠压锁定保护触发。电荷泵仅在需要时开启，以减少连续功耗。其开启条件包括 VDD 电压高于正阈值、Vs 电压高于 24 V、VBS 电压低于开启阈值；关闭条件为 VBS 电压高于关闭阈值或 VDD 电压低于负阈值。

总结与思考

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 单通道浮动栅极驱动器凭借其卓越的性能和丰富的功能特性，为汽车电子和其他高压应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体应用场景，合理选择驱动器型号，并注意外部组件的参数设置和布局，以充分发挥驱动器的性能优势。同时，对于电荷泵的使用，需要注意其工作条件和输出能力，确保在高占空比运行时能够稳定供电。大家在使用这两款驱动器的过程中，是否遇到过一些特殊的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。