深入解析LM5106：高性能半橋柵極驅(qū)動器的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計世界里，選擇一款合適的柵極驅(qū)動器至關(guān)重要。今天，我們就來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的LM5106，這是一款具有可編程死區(qū)時間的100 - V半橋柵極驅(qū)動器，在眾多應(yīng)用場景中都展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：lm5106.pdf

一、LM5106的核心特性

強大的驅(qū)動能力

LM5106能夠同時驅(qū)動高端和低端N溝道MOSFET，其峰值輸出灌電流可達(dá)1.8 - A，峰值輸出源電流為1.2 - A。這種強大的驅(qū)動能力確保了MOSFET能夠快速、穩(wěn)定地開關(guān)，提高了整個系統(tǒng)的效率和性能。

寬電壓范圍與靈活配置

• 自舉電源電壓范圍高達(dá)118 - V DC，為不同的應(yīng)用場景提供了更廣泛的選擇。
• 采用單TTL兼容輸入，方便與各種控制電路集成。同時，通過一個外部電阻可以輕松編程導(dǎo)通延遲（死區(qū)時間），滿足不同MOSFET和應(yīng)用對驅(qū)動信號時序的優(yōu)化需求。

快速的開關(guān)特性

典型的關(guān)斷傳播延遲僅為32 ns，能夠快速響應(yīng)控制信號，實現(xiàn)高效的開關(guān)動作。在驅(qū)動1000 pF負(fù)載時，上升時間為15 ns，下降時間為10 ns，確保了信號的快速切換和穩(wěn)定輸出。

全面的保護(hù)功能

具備電源軌欠壓鎖定功能，當(dāng)?shù)蛡?cè)或自舉高端電源電壓低于工作閾值時，會自動禁用柵極驅(qū)動器，保護(hù)器件免受損壞。此外，該驅(qū)動器還具有低功耗的特點，有助于提高系統(tǒng)的整體能效。

多樣化的封裝形式

提供10引腳的WSON（4 mm × 4 mm）和10引腳的VSSOP封裝，方便工程師根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

固態(tài)電機(jī)驅(qū)動

在固態(tài)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，LM5106能夠精確控制MOSFET的開關(guān)，實現(xiàn)對電機(jī)的高效驅(qū)動和調(diào)速，提高電機(jī)的運行效率和穩(wěn)定性。

半橋和全橋功率轉(zhuǎn)換器

在半橋和全橋功率轉(zhuǎn)換電路中，LM5106的可編程死區(qū)時間特性可以有效避免上下管同時導(dǎo)通，減少短路風(fēng)險，提高功率轉(zhuǎn)換效率。

雙開關(guān)正激功率轉(zhuǎn)換器

對于雙開關(guān)正激功率轉(zhuǎn)換器，LM5106能夠提供穩(wěn)定的驅(qū)動信號，確保電路的正常運行和高效轉(zhuǎn)換。

三、詳細(xì)的技術(shù)解析

功能框圖與工作原理

LM5106的功能框圖展示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括高端和低端驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換電路、前沿延遲電路等。當(dāng)電源電壓施加到VDD引腳時，上下驅(qū)動器的欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)電路會監(jiān)測電源電壓和自舉電容電壓。只有當(dāng)電壓達(dá)到足夠的水平時，外部MOSFET才會被開啟。在啟動過程中，上下門極會保持低電平，直到VDD超過UVLO閾值（典型值約為6.9 V）。如果自舉電容出現(xiàn)UVLO情況，只會禁用高端輸出（HO）。

死區(qū)時間編程

通過在RDT引腳連接一個電阻，可以輕松設(shè)置死區(qū)時間。死區(qū)時間可以在100 ns到600 ns之間進(jìn)行調(diào)整，為不同的MOSFET和應(yīng)用提供了靈活的優(yōu)化空間。RDT引腳偏置電壓為3 V，最大編程電流限制為1 mA。時間延遲發(fā)生器可以接受5k到100k的電阻值，死區(qū)時間與RDT電阻成正比。將RDT引腳接地可以使LM5106以最小死區(qū)時間驅(qū)動兩個輸出。

器件功能模式

當(dāng)EN引腳為低電平時，LO和HO輸出都被拉低；當(dāng)EN引腳為高電平時，根據(jù)IN引腳的狀態(tài)，HO和LO輸出會相應(yīng)地進(jìn)行切換。

四、應(yīng)用設(shè)計與注意事項

典型應(yīng)用電路

在典型的半橋配置中，LM5106的應(yīng)用電路如圖所示。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的MOSFET和電容值。例如，在計算自舉電容CBOOT的值時，需要考慮MOSFET的Qgmax、開關(guān)頻率Fsw、最大占空比DMax等參數(shù)。

電源功耗計算

總IC功耗是柵極驅(qū)動器損耗和自舉二極管損耗的總和。柵極驅(qū)動器損耗與開關(guān)頻率（f）、LO和HO輸出負(fù)載電容（CL）以及電源電壓（VDD）有關(guān)，可以通過公式 (P{DOATES }=2 cdot f cdot G{L} cdot V_{DD}^{2}) 進(jìn)行粗略計算。

布局設(shè)計要點

• 為了支持外部MOSFET開啟時從VDD和HB汲取的高峰值電流，必須在VDD和VSS引腳之間以及HB和HS引腳之間靠近IC連接低ESR / ESL電容。
• 為了防止頂部MOSFET漏極出現(xiàn)大的電壓瞬變，需要在MOSFET漏極和地（VSS）之間連接一個低ESR電解電容和一個優(yōu)質(zhì)陶瓷電容。
• 為了避免開關(guān)節(jié)點（HS）引腳出現(xiàn)大的負(fù)瞬變，必須盡量減小頂部MOSFET源極和底部MOSFET（同步整流器）漏極之間的寄生電感。
• 在接地設(shè)計方面，首先要將對MOSFET柵極進(jìn)行充放電的高峰值電流限制在最小的物理區(qū)域內(nèi)，以降低環(huán)路電感，減少MOSFET柵極端子的噪聲問題。其次，要注意包含自舉電容、自舉二極管、本地接地旁路電容和低側(cè)MOSFET體二極管的高電流路徑，盡量減小該環(huán)路在電路板上的長度和面積，以確?？煽窟\行。

五、總結(jié)與思考

LM5106作為一款高性能的半橋柵極驅(qū)動器，憑借其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際設(shè)計過程中，我們需要充分考慮其各項參數(shù)和特性，合理進(jìn)行電路設(shè)計和布局，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。同時，我們也可以思考如何進(jìn)一步優(yōu)化死區(qū)時間的設(shè)置，以適應(yīng)不同的MOSFET和應(yīng)用需求，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。你在使用LM5106或其他柵極驅(qū)動器的過程中，遇到過哪些問題和挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。