高速低端MOSFET驱动器FAN3XXX系列产品的特点与典型应用电路分析
fan3xxx系列是飞兆公司（fairchild）2007年10月推出的新产品，是一种高速低端mosfet驱动器系列。该系列各种驱动器与pwm控制器及功率mosfet组合可设计出各种高频、大功率开关电源。根据驱动器的通道数、输出电流大小，有不同的封装及型号，可满足各种开关电源的大小结构及不同输出功率的需要，如表1所示。
表1 fan3xxx型号列表
主要特点
fan3xxx系列主要特点：
1 速度高
fan3xxx在2.2nf负载时，输入90%到输出10%的时间小于35ns。在传播延迟上比很多竞争者要快。
2、 两通道间紧密匹配
fan3224在4.7nf负载时，在两通道间的差别测量值小于0.5ns（典型值）。两通道并联时有极好的性能。
3、 输入结构
fan3xxx系列有单输入驱动器及双输入驱动器，应用十分灵活。单输入结构如图1所示。例如fan322x双驱动器，每一通道都有使能端（en），另一输入端输入反相或同相逻辑。
图1 单输入结构
双输入结构如图2所示。同相工作时将in-端接l，使用in+输入；反相工作时将in+接h，使用in-输入。其真值表如表2所示。
图2 双输入结构
fan3100用作同相驱动器时接法如图3所示，其输入及输出波形如图4所示。从图中可看出：在vdd低于欠压锁存（uvl0）阈值时，无输出，只有vdd大于欠压锁存阈值电压时才有输出。
图3 fan3100做同相驱动器的接法
图4 fan3100做同相驱动器的输入/输出波形
fan3100用作反相驱动器时接法如图5所示，其输入及输出波形如图6所示。
4、 cmos或ttl逻辑电压兼容
fan3xxx系列的各型号的输入信号是cmos或ttl逻辑电压兼容，使设计更容易。在ttl电压输入时，其高电压≥2.0v；低电压≤0.8v。cmos输入阈值与vdd有关，高电压≈0.6vdd；低电压≈0.4vdd。
5 、封装尺寸小
在业界中fan3xxx系列封装尺寸是最小的。2a驱动器采用2mm×2mm的mlp-6封装；4a驱动器采用3mm×3mm的mlp-8封装。另外，它也有solc及sot标准封装。各种封装的尺寸如图7所示。
图7 fan3xxx的封装
6、 工作电压范围宽，其vdd极限值为20v。
典型应用电路
fan3xxx系列mosfet驱动器与pwm控制器及功率mosfet可以组成各种不同结构的开关电源。图8是一种采用2个fan3100 mosfet驱动器（ic1、ic2）及3个功率mosfet（q1～q3）组成的隔离式dc/dc转换器电路（图中未画出pwm控制器，仅画出pwm控制器输出的pwm信号）。
在图8中，ic1的in-接地组成同相驱动电路，输出的pwm信号经驱动器后驱动开关器q1，q1的负载是高频变压器t1的原边线圈，高频变压器副边得电。pwm控制器输出的pwm信号同时输入到高频变压器t2，经t2隔离后的pwm信号加到ic2的in-端（ic2的in+接地，组成反相驱动器），驱动器ic2的输出去控制变压器副边的mosfet q3（q3作同步整流器）。
在t1副边上+下-时，q2导通、q3截止，电压经电感l1、cout及负载供电，经q2形成回路。在t1副边上-下+时，q2截止，ic2输出的高电压使q3导通。l1储存的能量向负载释放，经q3形成回路，其工作状态如图9所示。这种同步整流的结构具有较高的转换效率。
图8仅画出驱动开关器q1及驱动同步整流器q3的部分电路。要输出电压稳定还需要将输出电压经光电耦合器隔离反馈到pwm控制器，改变输出脉冲宽度来调节输出电压，这部分电路未在图8中画出。
驱动器电流参数的选择
fan3xxx系列低端mosfet驱动器ic使用较方便、电路简单，在开关电源设计时主要是选择其电流参数。这里先介绍一下为什么mosfet在工作时需要这样大的电流？
mosfet是一种栅极电压控制漏极电流的器件，在低端mosfet中以地为基准，其漏极电流id由栅极电压vg大小来决定（或vgs大小来决定）。vgs越大，则id越大，如图10c所示。这好像与电流没有关系。但在栅极电压建立的过程中，由于在栅极与源极之间存在极间电容cgs（如图10a所示），驱动器需要提供电流向cgs充电，充电电流为igs（如图10b所示）。当要求mosfet导通时间很快，则要求充电电流很大。同样，在mosfet要求很快关断时，cgs上的电荷要很快通过驱动器放掉，也会形成很大的放电电流。cgs的容量越大、要求mosfet的开关速度越高，则在导通及关断过程中的充、放电流越大，这种充放电电流可达几a。
在功率mosfet选定后，在数据资料（data sheet）中可找到总的栅极电荷qg值，按qg=cgs×vdd，求出cgs值。为满足电源的高频开关要求，尽可能选择qg小的mosfet，不仅可满足高频开关要求，并且使驱动器功耗也较小。cgs值与mosfet的输出漏极电流id大小及其耐压大小有关，一般为几十nc到一百多nc。
表3给出各种不同qg条件时，在不同驱动器电流时的开关时间。设计者可参照表3选择电流参数。
在开关电源设计时，最大的开关频率是确定的，则开关时间也确定。其次根据选定的开关器，确定其qg，则利用表3可确定需要多大电流的驱动器。
驱动器的电流参数也可用近似的计算方法来计算，其计算公式如下：
开关导通时（输出源电流），idvr，src≥1.5（qg/tsw-on） （1）
开关关断时（输入沉电流），idvr，snk≥1.5（qg/tsw-off） （2）
式中，idvr，src及idvr，snk是驱动器输出源电流或输入沉电流的电流中间值；qg是mosfet的总栅极电荷（可从mosfet资料中查到），1.5是实验测定的系数。
驱动器的功耗pdrive
驱动器的总功耗为每个驱动器功耗之和，每通道的功耗为：
pdrive=vdd×qg×fsw （3）
式中，vdd为驱动器的工作电压，qg为mosfet的总栅极电荷，fsw为开关频率。
按上式计算出的功耗应小于该驱动器最大允许的功耗。
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主要特点
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1 速度高
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2、 两通道间紧密匹配
fan3224在4.7nf负载时，在两通道间的差别测量值小于0.5ns（典型值）。两通道并联时有极好的性能。
3、 输入结构
fan3xxx系列有单输入驱动器及双输入驱动器，应用十分灵活。单输入结构如图1所示。例如fan322x双驱动器，每一通道都有使能端（en），另一输入端输入反相或同相逻辑。
图1 单输入结构
双输入结构如图2所示。同相工作时将in-端接l，使用in+输入；反相工作时将in+接h，使用in-输入。其真值表如表2所示。
图2 双输入结构
fan3100用作同相驱动器时接法如图3所示，其输入及输出波形如图4所示。从图中可看出：在vdd低于欠压锁存（uvl0）阈值时，无输出，只有vdd大于欠压锁存阈值电压时才有输出。
图3 fan3100做同相驱动器的接法
图4 fan3100做同相驱动器的输入/输出波形
fan3100用作反相驱动器时接法如图5所示，其输入及输出波形如图6所示。
4、 cmos或ttl逻辑电压兼容
fan3xxx系列的各型号的输入信号是cmos或ttl逻辑电压兼容，使设计更容易。在ttl电压输入时，其高电压≥2.0v；低电压≤0.8v。cmos输入阈值与vdd有关，高电压≈0.6vdd；低电压≈0.4vdd。
5 、封装尺寸小
在业界中fan3xxx系列封装尺寸是最小的。2a驱动器采用2mm×2mm的mlp-6封装；4a驱动器采用3mm×3mm的mlp-8封装。另外，它也有solc及sot标准封装。各种封装的尺寸如图7所示。
图7 fan3xxx的封装
6、 工作电压范围宽，其vdd极限值为20v。
典型应用电路
fan3xxx系列mosfet驱动器与pwm控制器及功率mosfet可以组成各种不同结构的开关电源。图8是一种采用2个fan3100 mosfet驱动器（ic1、ic2）及3个功率mosfet（q1～q3）组成的隔离式dc/dc转换器电路（图中未画出pwm控制器，仅画出pwm控制器输出的pwm信号）。
在图8中，ic1的in-接地组成同相驱动电路，输出的pwm信号经驱动器后驱动开关器q1，q1的负载是高频变压器t1的原边线圈，高频变压器副边得电。pwm控制器输出的pwm信号同时输入到高频变压器t2，经t2隔离后的pwm信号加到ic2的in-端（ic2的in+接地，组成反相驱动器），驱动器ic2的输出去控制变压器副边的mosfet q3（q3作同步整流器）。
在t1副边上+下-时，q2导通、q3截止，电压经电感l1、cout及负载供电，经q2形成回路。在t1副边上-下+时，q2截止，ic2输出的高电压使q3导通。l1储存的能量向负载释放，经q3形成回路，其工作状态如图9所示。这种同步整流的结构具有较高的转换效率。
图8仅画出驱动开关器q1及驱动同步整流器q3的部分电路。要输出电压稳定还需要将输出电压经光电耦合器隔离反馈到pwm控制器，改变输出脉冲宽度来调节输出电压，这部分电路未在图8中画出。
驱动器电流参数的选择
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驱动器的总功耗为每个驱动器功耗之和，每通道的功耗为：
pdrive=vdd×qg×fsw （3）
式中，vdd为驱动器的工作电压，qg为mosfet的总栅极电荷，fsw为开关频率。
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