LT1336：高效半橋N溝道功率MOSFET驅(qū)動芯片的全面解析

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，選擇一款合適的功率MOSFET驅(qū)動芯片至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討Linear Technology公司推出的LT1336，一款具有諸多出色特性的半橋N溝道功率MOSFET驅(qū)動芯片。

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一、產(chǎn)品概述

LT1336是一款經(jīng)濟高效的半橋N溝道功率MOSFET驅(qū)動芯片。其浮動驅(qū)動器能夠驅(qū)動最高60V（絕對最大值）高壓（HV）軌上的頂部N溝道功率MOSFET。在PWM操作中，片上開關(guān)穩(wěn)壓器即使在接近和達到100%占空比時，也能維持自舉電容的電荷。同時，內(nèi)部邏輯可防止半橋中的功率MOSFET同時導(dǎo)通，其獨特的自適應(yīng)保護功能消除了兩個MOSFET的匹配要求，大大簡化了高效電機控制和開關(guān)穩(wěn)壓器系統(tǒng)的設(shè)計。在低電源或啟動條件下，欠壓鎖定會主動將驅(qū)動器輸出拉低，防止功率MOSFET部分導(dǎo)通，0.5V的遲滯特性即使在電源緩慢變化時也能確?？煽窟\行。

二、產(chǎn)品特性

1. 高電壓驅(qū)動能力：浮動頂部驅(qū)動器可開關(guān)高達60V的電壓。
2. 內(nèi)部升壓穩(wěn)壓器：支持直流操作，在高占空比下仍能維持頂部驅(qū)動。
3. 快速轉(zhuǎn)換時間：驅(qū)動10,000pF負載時，轉(zhuǎn)換時間僅180ns。
4. 自適應(yīng)非重疊柵極驅(qū)動：有效防止直通電流。
5. TTL/CMOS輸入電平：方便與各種控制電路接口。
6. 欠壓鎖定與遲滯功能：增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。
7. 寬電源電壓范圍：工作電源電壓為10V至15V。
8. 獨立的頂部和底部驅(qū)動引腳：便于靈活設(shè)計。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

LT1336的應(yīng)用非常廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

1. PWM高電流電感負載：如開關(guān)電源中的電感負載控制。
2. 半橋和全橋電機控制：用于直流電機、步進電機等的驅(qū)動。
3. 同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器：提高電源轉(zhuǎn)換效率。
4. 三相無刷電機驅(qū)動：實現(xiàn)高效的電機控制。
5. 高電流傳感器驅(qū)動器：為傳感器提供穩(wěn)定的驅(qū)動電流。
6. D類功率放大器：提升音頻放大的效率。

四、電氣特性

（一）絕對最大額定值

• 電源電壓（引腳2、10）：20V
• 升壓電壓：75V
• 峰值輸出電流（<10μs）：1.5A
• 輸入引腳電壓：–0.3V至V+ + 0.3V
• 頂部源極電壓：–5V至60V
• 升壓至源極電壓（VBOOST – VTSOURCE）：–0.3V至20V

（二）電氣參數(shù)

文檔中詳細列出了各種電氣參數(shù)，如直流電源電流、升壓電流、輸入邏輯電平、欠壓閾值、開關(guān)飽和電壓等。這些參數(shù)在不同的條件下有不同的取值范圍，工程師在設(shè)計時需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景進行合理選擇。例如，在V+ = 15V，VINTOP = 0.8V，VINBOTTOM = 2V的條件下，直流電源電流IS的典型值為15mA，最大值為20mA。

五、引腳功能

1. ISENSE（引腳1）：升壓穩(wěn)壓器ISENSE比較器輸入。通過在引腳1和V +之間放置一個RSENSE電阻，可以設(shè)置最大峰值電流。如果不使用升壓穩(wěn)壓器，該引腳可以懸空。
2. SV+（引腳2）：主信號電源。必須與信號接地引腳6緊密去耦。
3. INTOP（引腳3）：頂部驅(qū)動器輸入。當(dāng)引腳4為高電平時，引腳3禁用。一個3k的輸入電阻和一個5V的內(nèi)部鉗位可以防止輸入晶體管飽和。
4. INBOTTOM（引腳4）：底部驅(qū)動器輸入。當(dāng)引腳3為高電平時，引腳4禁用。同樣有3k輸入電阻和5V內(nèi)部鉗位。
5. UVOUT（引腳5）：欠壓輸出。當(dāng)V +下降到欠壓閾值以下時，集電極開路NPN輸出導(dǎo)通。
6. SGND（引腳6）：小信號接地。必須與其他接地分開布線到系統(tǒng)接地。
7. PGND（引腳7）：底部驅(qū)動器電源接地。連接到底部N溝道MOSFET的源極。
8. BGATEFB（引腳8）：底部柵極反饋。必須直接連接到底部功率MOSFET的柵極。在引腳8放電到2.5V以下之前，頂部MOSFET的導(dǎo)通將被抑制。
9. BGATEDR（引腳9）：底部柵極驅(qū)動。是底部MOSFET的高電流驅(qū)動點。如果使用柵極電阻，應(yīng)插入引腳9和MOSFET柵極之間。
10. PV+（引腳10）：底部驅(qū)動器電源。必須連接到與引腳2相同的電源。
11. TSOURCE（引腳11）：頂部驅(qū)動器返回。連接到頂部MOSFET的源極和自舉電容的低端。
12. TGATEFB（引腳12）：頂部柵極反饋。必須直接連接到頂部功率MOSFET的柵極。在VTGATE FB – VTSOURCE放電到2.9V以下之前，底部MOSFET的導(dǎo)通將被抑制。
13. TGATEDR（引腳13）：頂部柵極驅(qū)動。是頂部MOSFET的高電流驅(qū)動點。使用柵極電阻時插入引腳13和MOSFET柵極之間。
14. BOOST（引腳14）：頂部驅(qū)動器電源。連接到自舉電容的高端。
15. SWGND（引腳15）：升壓穩(wěn)壓器接地。必須與其他接地分開布線到系統(tǒng)接地。如果不使用升壓穩(wěn)壓器，該引腳可以懸空。
16. SWITCH（引腳16）：升壓穩(wěn)壓器開關(guān)。連接到升壓穩(wěn)壓器網(wǎng)絡(luò)的電感/二極管。如果不使用升壓穩(wěn)壓器，該引腳可以懸空。

六、工作原理

（一）基本操作

LT1336包含兩個獨立的驅(qū)動通道，具有獨立的輸入和輸出。輸入與TTL/CMOS兼容，能夠承受高達V+的輸入電壓，輸入閾值為1.4V，具有300mV的遲滯。兩個通道均為非反相驅(qū)動器，內(nèi)部邏輯確保在任何輸入條件下，兩個輸出不會同時導(dǎo)通。當(dāng)兩個輸入都為高電平時，兩個輸出都被主動拉低。

（二）升壓穩(wěn)壓器

內(nèi)部開關(guān)穩(wěn)壓器允許從PWM平穩(wěn)過渡到直流操作。在PWM操作中，每次頂部源極引腳變低時，自舉電容都會充電。當(dāng)占空比接近100%時，輸出脈沖寬度變窄，為上部MOSFET柵極提供升高電源的時間不足。當(dāng)自舉電容兩端的電壓降至10.6V以下時，基于電感的開關(guān)穩(wěn)壓器啟動，接管自舉電容的充電。

（三）浮動電源的獲取

1. 升壓拓撲：適用于開關(guān)頻率始終高于10kHz且占空比不超過90%的應(yīng)用。只需一個電阻、一個小電感、一個二極管和一個電容。但高壓軌不能超過40V，以避免內(nèi)部NPN開關(guān)的集電極 - 基極擊穿電壓。推薦的電流感測電阻、電感和自舉電容值分別為2Ω、200μH和1μF。
2. 反激拓撲：適用于高壓軌大于40V的應(yīng)用。需要一個電阻、一個二極管、一個1:1匝數(shù)比的小變壓器和一個電容。假設(shè)理想變壓器，開關(guān)兩端的最大電壓約為V + + 11.3V。非理想變壓器中的漏感會在開關(guān)打開瞬間產(chǎn)生過壓尖峰，可以使用緩沖網(wǎng)絡(luò)或齊納二極管進行鉗位。

七、MOSFET的選擇與并聯(lián)

（一）MOSFET選擇

由于LT1336本身可保護頂部和底部MOSFET不同時導(dǎo)通，因此MOSFET的選擇主要基于工作電壓和RDS(ON)要求。MOSFET的BVDSS應(yīng)至少等于LT1336的絕對最大工作電壓，對于最大工作HV電源為60V的情況，MOSFET的BVDSS應(yīng)為60V至100V。RDS(ON)的選擇應(yīng)根據(jù)所需的工作效率和MOSFET的最大結(jié)溫來確定。

（二）MOSFET并聯(lián)

當(dāng)單個MOSFET的RDS(ON)無法滿足要求時，可以并聯(lián)兩個或更多MOSFET。只要MOSFET通過熱連接（如在共同的散熱器上），它們會根據(jù)RDS(ON)的比例自動分擔(dān)電流。LT1336的頂部和底部驅(qū)動器可以分別驅(qū)動五個并聯(lián)的功率MOSFET，但可能會限制工作頻率以防止LT1336過熱。

八、應(yīng)用案例

（一）開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)用

LT1336非常適合作為同步開關(guān)驅(qū)動器，用于提高降壓（buck）開關(guān)穩(wěn)壓器的效率。在降壓調(diào)節(jié)器中，通常使用高電流肖特基二極管在開關(guān)關(guān)閉時傳導(dǎo)電感電流。而使用LT1336驅(qū)動同步MOSFET，可以顯著降低傳導(dǎo)損耗，提高效率。例如，在一個10A的電路中，使用LT1336和合適的PWM控制器（如LT3526），可以實現(xiàn)90%至95%的高效率。

（二）電機驅(qū)動應(yīng)用

1. 單方向直流電機驅(qū)動：使用單個LT1336控制半橋可以驅(qū)動直流電機。電機的一端可以連接到電源或接地，通過控制輸入信號可以實現(xiàn)電機的運行、自由停止和快速停止。
2. 雙方向直流電機驅(qū)動：使用兩個LT1336驅(qū)動H橋輸出級，可以實現(xiàn)直流電機的雙向運行、快速停止和自由運行。電機速度可以通過脈寬調(diào)制方波控制，適用于微計算機/DSP控制回路。

九、總結(jié)

LT1336是一款功能強大、性能出色的半橋N溝道功率MOSFET驅(qū)動芯片，具有高電壓驅(qū)動能力、快速轉(zhuǎn)換時間、自適應(yīng)保護等諸多優(yōu)點。在開關(guān)電源、電機控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景，合理選擇電氣參數(shù)、MOSFET，并注意解決可能出現(xiàn)的瞬態(tài)問題，以充分發(fā)揮LT1336的性能優(yōu)勢。你在使用LT1336或類似驅(qū)動芯片的過程中，遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。