深入解析 onsemi FAD6263 半桥栅极驱动器

在电子工程师的日常工作中，半桥栅极驱动器是一个关键的组件，它在许多应用中都发挥着重要作用。今天，我们将深入探讨 onsemi 的 FAD6263 半桥栅极驱动器，了解其特点、参数、应用以及相关注意事项。

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一、产品概述

FAD6263 是一款高压半桥栅极驱动器集成电路，适用于驱动半桥配置中的功率 MOSFET 或 IGBT。它采用自举技术来确保高端功率开关的正常驱动，并且仅需一个输入信号即可工作。这款驱动器具有多种特性，使其在众多应用中表现出色。

二、产品特性

2.1 输出特性

• 互补输出：提供互补的高低驱动输出，能够有效控制功率开关的导通和关断。
• 高电流能力：输出源/灌电流能力均为 3A，能够满足大多数功率开关的驱动需求。

2.2 保护特性

• 直通保护：具有可调节的死区时间，能够有效防止上下桥臂同时导通，避免直通故障。
• 欠压锁定（UVLO）：对两个通道都有欠压锁定功能，当电源电压低于阈值时，输出会被拉低，保护电路安全。
• 静电放电（ESD）保护：具备 2kV 的人体模型（HBM）和带电器件模型（CDM）ESD 能力，增强了器件的可靠性。

2.3 电气特性

• 高电压范围：最高可承受 600V 的电压，适用于高电压应用。
• 高 dv/dt 抗扰度：±50V/ns 的 dv/dt 抗扰度，能够在高电压变化率的环境下稳定工作。
• 匹配的传播延迟：传播延迟仅为 100ns，确保信号的快速传输和同步。

2.4 其他特性

• 宽电源范围：栅极驱动电源范围从 10V 到 22V，提供了更大的设计灵活性。
• 多种输入逻辑电平：支持 3.3V 和 5V 输入逻辑引脚，方便与不同的控制系统连接。
• 汽车级认证：符合 AEC - Q100 标准，可用于汽车应用。
• 环保特性：无铅、无卤素，符合 RoHS 标准。

三、引脚功能

FAD6263 采用 SOIC - 16 封装，其引脚功能如下表所示：	Pin Number	Pin Name	Description
1	IN	互补输出的逻辑输入
2	SD	逻辑输入关机（低电平有效）
3	SR	关机复位
4	DT	通过外部电阻进行死区时间控制（参考 VSS）
5	VSS	逻辑地
6	COM	电源地，低端驱动器返回
7	VDD	低端和逻辑电源电压
8	LOP	低端驱动器输出（上拉）
9	LON	低端驱动器输出（下拉）
10	NC	无电气连接
11	NC	无电气连接
12	NC	无电气连接
13	VS	高端浮动电源返回
14	HON	高端驱动器输出（下拉）
15	HOP	高端驱动器输出（上拉）
16	VB	高端浮动电源

四、参数指标

4.1 最大额定值

FAD6263 的最大额定值决定了其在极端条件下的工作能力，具体参数如下：	Rating	Symbol	Value	Unit
高端浮动电源电压	VB	-0.3 至 625	V
高端浮动偏移电压	VS	(VB – 25) 至 (VB + 0.3)	V
高端浮动输出电压	VHO	(VS – 0.3) 至 (VB + 0.3)	V
低端和逻辑固定电源电压	VDD	-0.3 至 25	V
逻辑输入电压（IN, SD, SR）	VIN	-0.3 至 (VDD + 0.3)	V
可编程死区时间引脚电压	DT	-0.3 至 (VDD + 0.3)	V
低端输出电压	VLO	(COM – 0.3) 至 (VDD + 0.3)	V
电源地	COM	(VDD – 25) 至 (VDD + 0.3)	V
允许的偏移电压变化率	dVS/dt	50	V/ns
功率耗散	PD	0.86	W
结到环境的热阻	θJA	145	°C/W
最大结温	TJ(max)	150	°C
存储温度范围	TSTG	-55 至 150	°C
ESD 能力（人体模型）	ESDHBM	2	kV
ESD 能力（带电器件模型）	ESDCDM	2	kV
湿度敏感度等级	MSL	1	-
焊接回流温度（仅 SMD 样式，无铅版本）	TSLD	260	°C

4.2 推荐工作范围

为了确保 FAD6263 的正常工作和可靠性，推荐在以下范围内使用：	Rating	Symbol	Min	Max	Unit
高端 Vs 浮动电源偏移电压	Vs	5 - VBS	600	V
高端 VBS 自举电压	VBS	VBSUV+	22	V
高端输出电压	VHO	Vs	VB	V
低端和逻辑电源电压	VDD	VDDUV+	22	V
低端输出电压	VLO	COM	VDD	V
逻辑输入电压（IN, SD, SR）	VIN	Vss	VDD	V
可编程死区时间引脚电压	DT	Vss	VDD	V
电源地	COM	VDD - 22	VDD	V
环境温度	TA	-40	125	°C
外部关机输入上拉电阻	RSDext	3.1	12.4	kΩ

4.3 电气特性

在特定测试条件下（VBIAS (VDD, VBS)=15 V，VSS = COM = 0 V，DT = VSS，TA = -40°C 至 125°C），FAD6263 的电气特性如下：	Parameter	Test Condition	Symbol	Min	Typ	Max	Unit
电源部分
VDD 和 VBS 电源欠压正向阈值		VDDUV+ VBSUV+	7.3	8.3	9.3	V
VDD 和 VBS 电源欠压负向阈值		VDDUV- VBSUV-	6.7	7.8	8.6	V
VDD 和 VBS 电源欠压锁定滞回电压		VDDUVH VBSUVH		0.5		V
偏移电源泄漏电流	VB = VS = 600 V	LK			50	μA
静态 VDD 电源电流	VIN = 0V 或 5V	lopp		355	550	μA
静态 VBS 电源电流	VIN = 0V 或 5V	lQBS		45	110	μA
工作 VDD 电源电流	VIN = 0V 或 5V; fSW = 20 kHz; CL = 1 nF	IPDD		1000	2000	μA
工作 VBS 电源电流	VIN = 0 V 或 5 V; fSW = 20 kHz; CL = 1 nF	PBS		700	1400	μA
逻辑输入部分
IN, SD, SR 阈值的逻辑“1”输入电压		VIH		2.1	2.5	V
IN, SD, SR 阈值的逻辑“0”输入电压		VIL	0.8	1.6		V
逻辑输入高偏置电流	VIN = 5 V	IN+		20	40	μA
逻辑输入低偏置电流	VIN = 0V	lIN-			3	μA
SD 高偏置电流	SD = 5 V	1SD+	-11	-6		μA
SD 低输出电压	10 kΩ 外部上拉至 5 V	VSD-			0.8	V
逻辑输入下拉/上拉电阻		RIN	125	250	400	kΩ
关机输入上拉电阻		RSD	125	250	400	kΩ
关机复位下拉电阻		RSRES	125	250	400	kΩ
栅极驱动器输出部分
高端的高电平输出电压（VB - VOH）和低端的（VDD - VOL）	VIN = 5 V 用于高端，VIN = 0V 用于低端，无负载（IO = 0 A）	VOH			10	mV
高端的低电平输出电压（VOH - Vs）和低端的（VOL - COM）	VIN = 0 V 用于高端，VIN = 5 V 用于低端，无负载（IO = 0 A）	VOL			10	mV
源极峰值脉冲电流	VOH = 0V，脉冲宽度 ≤ 10 μs	lo+	2	3.3		A
漏极峰值脉冲电流	VOH = 15 V，脉冲宽度 ≤ 10 μs	lo-	2	3.3		A
允许的负 Vs 引脚电压，具有从 IN 到 HO 的信号传播能力	VBS = 15V	Vs	-10			V
允许的瞬态负 Ve 引脚电压，无从 IN 到 HO 的信号传播能力	VBS = 15 V	Vs	-15			V
允许的 COM - VSS 电源/信号地偏移	VDD = 15V，VSS = 0V	COM - Vss	-8			V
动态部分
导通传播延迟	VS = 0 V, RDT = 0 Ω, CL = 1000 pF	ton		155	230	ns
关断传播延迟	VS = 0 V, CL = 1000 pF	toFF		55	90	ns
HO 和 LO 导通延迟匹配		MtON			25	ns
HO 和 LO 关断延迟匹配		MtOFF			20	ns
导通上升时间	VS = 0V, CL = 1000 pF	tR		10	23	ns
关断下降时间	tF		10	20	ns
死区时间：LO 关断到 HO 导通	RDT = 0 Ω	DT	85	120	160	ns
HO 关断到 LO 导通	RDT = 200kΩ	0.7	1	1.5	μs
死区时间匹配：DT_LO - HO - DT_HO - LO	RDT = 0.2	MDT		10		ns
RDT = 200 kΩ		75		ns
关机最小脉冲宽度		tSDMIN	260	310	450	ns
关机复位最小脉冲宽度		tsRMIN	1	1.6	2.4	μs
UVLO 响应时间				15		μs
Vdd 斜坡上升后的 POR 建立时间		POR		50		μs

五、典型性能特性

文档中提供了大量的典型性能特性曲线，包括导通传播延迟与温度、关断传播延迟与温度、上升时间与温度、下降时间与温度、死区时间与温度、死区时间匹配与温度、电源电流与温度等关系曲线。这些曲线能够帮助工程师更好地了解 FAD6263 在不同工作条件下的性能表现，从而优化设计。

六、应用说明

6.1 上电复位（POR）序列

为了确保在 Vdd 上升后逻辑电路达到稳定状态，再启动栅极驱动器，需要遵循以下 POR 序列：

1. 将 VDD 上升到目标工作电压。
2. 等待 tPOR 时间，让内部逻辑稳定。
3. 提供一个持续时间为 tSRMIN 的 SR 脉冲，确保 LO 输出激活。
4. 给自举电容足够的时间充电，建议在自举电容充电完成前保持 IN 为低电平。
5. 按预期操作设备。

6.2 关机输入（SD）和关机复位（SR）引脚

SD 引脚用于启用或禁用驱动器输出。当 SD 引脚外部拉低持续 tSDMIN 时间后，驱动器输出被禁用，并且 SD 引脚被内部下拉晶体管保持低电平。SR 引脚用于从内部锁存状态复位 SD 引脚，需要给 SR 引脚提供一个持续时间为 tSRMIN 的脉冲。

6.3 可调节死区时间

通过外部电阻可以调节相反输出的关断和导通之间的死区时间，电阻值与死区时间的关系在文档中的图 14 中有定义。需要注意的是，DT 引脚必须通过合适的电阻连接到地，否则输出将无法导通。

6.4 欠压锁定（UVLO）

两个独立的欠压锁定电路分别监控 VBS 电压和 VDD 到 VSS 的电压。当 VBS 电压低于负向阈值电压时，高端输出被拉低；当 VDD 电压低于负向阈值电压时，低端和高端输出都被拉低。当 VBS / VDD 电压达到正向阈值电压后，输出将在输入的下一个正边沿重新激活。

6.5 上拉和下拉输出

HOP 和 LOP 是上拉输出级，控制功率开关的导通速度；HON 和 LON 是下拉输出级，控制功率开关的关断速度。通过调整 R1、R3、R2 和 R4 的值，可以分别定义导通和关断速度，而无需在栅极电阻路径中使用二极管。

七、机械封装和尺寸

FAD6263 采用 SOIC - 16 封装，文档中提供了详细的封装尺寸和公差信息，以及推荐的安装脚印。在进行 PCB 设计时，工程师需要根据这些信息确保器件的正确安装和连接。

八、总结

FAD6263 半桥栅极驱动器具有多种优秀的特性和功能，适用于汽车、电机控制等多种应用场景。在使用过程中，工程师需要根据其参数指标和应用说明进行合理设计，确保器件在安全、可靠的工作范围内运行。同时，要注意遵循上电复位序列、正确使用关机和复位引脚、合理调节死区时间等，以充分发挥 FAD6263 的性能优势。大家在实际应用中遇到过哪些关于栅极驱动器的问题呢？欢迎在评论区分享交流。