深入解析FAN7391：高性能高侧与低侧栅极驱动IC

在电子工程领域，栅极驱动IC对于驱动高速MOSFET和IGBT至关重要。今天我们要深入探讨的是安森美（onsemi）的FAN7391，这是一款单片式高侧与低侧栅极驱动IC，能驱动工作电压高达+600V的高速MOSFET和IGBT。

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一、FAN7391概述

FAN7391具有缓冲输出级，采用全NMOS晶体管设计，具备高脉冲电流驱动能力和最小的交叉导通特性。其高压工艺和共模噪声消除技术，确保了高侧驱动器在高dv/dt噪声环境下的稳定运行。先进的电平转换电路使高侧栅极驱动器在(V{BS}=15V)时，(V{S})典型值可达 -9.8V。此外，HIN的先进输入滤波器可防止因噪声引起的短脉冲输入信号，欠压锁定（UVLO）电路则能在(V{DD})和(V{BS})低于指定阈值电压时防止器件故障。

二、关键特性

2.1 高驱动能力

具有典型的4.5A/4.5A源极/漏极电流驱动能力，能够满足多种应用场景的需求。

2.2 噪声抑制

共模dv/dt噪声消除电路可有效抑制噪声，提高系统的稳定性。

2.3 欠压保护

内置双通道欠压锁定功能，确保在电源电压不足时器件不会误操作。

2.4 输入滤波

内置先进的输入滤波器，增强了对噪声的抵抗能力。

2.5 延迟匹配

双通道的传播延迟匹配，保证了信号的同步性。

2.6 逻辑兼容性

支持3.3V和5V输入逻辑，具有良好的兼容性。

2.7 环保设计

该器件为无铅产品，符合环保要求。

三、应用领域

3.1 等离子显示面板（PDP）维持驱动器

FAN7391的高电流和低输出电压降特性使其非常适合PDP维持脉冲驱动器的应用。

3.2 高强度放电（HID）灯镇流器

在HID灯镇流器中，能够稳定驱动功率器件，确保灯的正常工作。

3.3 开关模式电源（SMPS）

为开关模式电源提供高效的驱动，提高电源的性能和稳定性。

3.4 电机驱动器

可用于驱动电机，实现电机的精确控制。

四、引脚配置与定义

FAN7391采用14引脚封装，各引脚功能明确：	14 - 引脚	名称	描述
1	HIN	高侧栅极驱动器输出的逻辑输入
2	LIN	低侧栅极驱动器输出的逻辑输入
3	VSS	逻辑地
5	COM	低侧驱动器返回
6	LO	低侧驱动器输出
7	VDD	低侧和逻辑部分电源电压
11	VS	高压浮动电源返回
12	HO	高侧驱动器输出
13	VB	高侧浮动电源
4, 8, 9, 10, 14	NC	不连接

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

在(T{A}=25^{circ}C)时，各参数有明确的最大限制，如(V{B})最大为625.0V，(P_{D})最大为1.0W等。超过这些限制可能会损坏器件，影响其可靠性。

5.2 推荐工作条件

推荐的工作条件包括(V{B})在(V{S}+10)到(V{S}+20V)之间，(V{DD})在10到20V之间等，确保器件在合适的条件下工作，以获得最佳性能。

5.3 电气特性参数

在特定条件下（(V{BIAS}(V{DD}, V{BS}) = 15.0V)，(V{S}=V{SS}=COM) ，(T{A}=25^{circ}C) ），给出了电源供应、逻辑输入、栅极驱动器输出等部分的详细电气参数，如(V{DD})和(V{BS})的欠压阈值、输出高低电平电压等。

六、动态电气特性

在特定测试条件下（(V{BIAS}(V{DD}, V{BS}) = 15.0V) ，(V{S}=V{SS}=COM = 0V) ，(C{L}=1000pF) ，(T_{A}=25^{circ}C) ），给出了开关时间相关的参数，如导通传播延迟、关断传播延迟、延迟匹配、上升时间和下降时间等。这些参数对于评估器件的动态性能非常重要。

七、典型特性曲线

文档中给出了一系列典型特性曲线，如导通传播延迟与温度的关系、关断传播延迟与温度的关系等。通过这些曲线，我们可以直观地了解器件在不同温度下的性能变化，为实际应用提供参考。

八、应用信息

8.1 先进输入噪声滤波器

输入噪声滤波器具有输入信号和输出信号持续时间对称的特点，有助于抑制噪声尖峰和短脉冲。当输入信号持续时间小于输入滤波器时间时，输出状态不变，有效提高了系统的抗干扰能力。

8.2 短脉冲输入噪声抑制方法

先进的输入滤波电路能有效保护器件免受因噪声引起的短脉冲输入信号的影响，确保系统的稳定性。

8.3 负(V_{S})瞬态

在半桥应用中，高侧开关关断时会出现负电压，可能导致自举电容过压、输入信号丢失和闩锁等问题。FAN7391具有负(V{S})瞬态性能曲线，但建议电路设计师通过精心的PCB布局来尽量减少负(V{S})瞬态，降低寄生元件的影响。

九、设计建议

9.1 PCB布局

为了最小化寄生元件，PCB布局应遵循以下原则：

• 开关之间采用直接走线，避免环路和偏差。
• 避免使用互连链路，减少电感。
• 降低封装在PCB上的高度，减少引脚电感的影响。
• 尽量将两个功率开关共址，缩短走线长度。
• 避免在高压浮动侧下方或附近放置接地平面，以减少噪声耦合。
• 尽量减少栅极驱动环路，降低电磁耦合，提高功率开关的开关性能。

  9.2 元件放置

• 在(V{DD})和(V{SS})引脚之间放置旁路电容，推荐使用陶瓷1μF电容，并尽量靠近引脚放置。
• 从(V_{CC})到COM的旁路电容应至少是自举电容的十倍，以支持低侧驱动器和自举电容充电。
• 考虑自举电阻(R{BOOT})的尺寸和初始自举充电时的电流，确保(V{B})不低于COM。推荐使用5 - 10Ω的电阻，增加(V_{BS})时间常数。如果自举电阻和二极管的电压降过高或电路拓扑不允许足够的充电时间，可以使用快速恢复或超快恢复二极管。
• 自举电容(C_{BOOT})使用低ESR电容，如陶瓷电容。
• 将与浮动电压引脚（(V{B})和(V{S})）相连的元件靠近器件的高压部分和FAN7391放置。
• 旁路电容和栅极电阻应尽量靠近栅极驱动IC放置。
• 自举二极管(D{BOOT})应尽量靠近自举电容(C{BOOT})放置，并使用正向电压降较低、开关时间最短的快速恢复或超快二极管。

十、订购信息

FAN7391有特定的型号（FAN7391MX），采用SOIC14 14 - SOP（无铅）封装，工作温度范围为 -40°C到125°C ，每卷2500个。

总之，FAN7391是一款性能出色的栅极驱动IC，在多个应用领域都有广泛的应用前景。电子工程师在设计时，应充分考虑其特性和设计建议，以确保系统的性能和可靠性。大家在实际应用中有没有遇到过类似器件的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。