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LM2101 107V半桥栅极驱动器技术解析与应用指南

科技观察员 ? 2025-08-08 14:45 ? 次阅读
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Texas Instrument LM2101半桥栅极驱动器是一款紧凑型高压栅极驱动器,设计用于驱动同步降压或半桥配置中的高侧和低侧N沟道MOSFET。SH 引脚上的 – 1V DC和–19.5V瞬态负电压处理提高了高噪声应用中的系统鲁棒性。小型耐热增强型8引脚WSON封装允许将驱动器放置在更靠近电机相位的位置,从而改善了PCB布局。Texas Instruments LM2101还采用与行业标准引脚排列兼容的8引脚SOIC封装。低侧和高侧电源轨上提供欠压锁定 (UVLO),以在加电和断电期间提供保护。

数据手册:*附件:Texas Instruments LM2101半桥栅极驱动器数据手册.pdf

特性

  • 驱动两个采用半桥配置的N沟道MOSFET
  • GVDD上的典型欠压锁定为8V
  • SH上处理的绝对最大负瞬态电压为–19.5V
  • BST上的绝对最大电压为107V
  • 峰值源/灌电流为0.5A/0.8A
  • 传播延迟:115ns(典型值)

功能框图

1.png

LM2101 107V半桥栅极驱动器技术解析与应用指南

一、产品核心特性

LM2101是德州仪器(TI)推出的高性能半桥栅极驱动器,具有以下突出特点:

  • ?高压驱动能力?:支持107V绝对最大电压(BST引脚)
  • ?强健的负压处理?:SH引脚支持-19.5V瞬态负压和-1V DC稳态负压
  • ?快速开关性能?:典型传播延迟仅115ns,支持高频开关应用
  • ?双路独立驱动?:0.5A源电流/0.8A灌电流驱动能力
  • ?集成保护功能?:GVDD和BST双路UVLO保护(8V典型开启阈值)

二、关键电气参数

1. 绝对最大额定值

参数范围单位
GVDD电压-0.3~19.5VV
BST-SH电压-0.3~19.5VV
SH瞬态负压-19.5V(<100ns)V
工作结温-40~125℃°C

2. 开关特性

  • 传播延迟(tDLFF/tDHFF):115ns典型值
  • 上升时间(tR_GH/tR_GL):28ns@1nF负载
  • 下降时间(tF_GH/tF_GL):18ns@1nF负载
  • 死区时间(tMON/tMOFF):30ns典型值

三、创新设计解析

1. 增强型负压处理技术

LM2101采用创新的SH引脚设计:

  • 内置-19.5V瞬态电压保护电路
  • 支持-1V DC稳态负压
  • 防止电机驱动等噪声环境下的误触发

2. 双路UVLO保护

  • GVDD UVLO:8.15V开启/7.7V关闭(典型值)
  • BST UVLO:7.6V开启/7.15V关闭(典型值)
  • 0.45V典型滞回电压防止振荡

3. 紧凑型封装

  • 8引脚WSON(2mm×2mm)和SOIC封装
  • WSON封装θJA=78.2°C/W(带散热焊盘)
  • 适合高密度PCB布局

四、典型应用设计

1. 无刷直流电机驱动方案

?关键设计要点?:

  1. 自举电路设计
    • 推荐100nF X7R陶瓷电容(CBOOT)
    • 串联2.2Ω电阻(RBOOT)限制浪涌电流
    • 计算示例:IDboot_pk = (12V-1V)/2.2Ω ≈ 5A
  2. 栅极电阻选择:
    • 典型值4.7-10Ω
    • 计算公式:RGATE = (VGVDD-VDH)/Ipeak - Rint ≈ (12-2.1)/0.5 - 5.25 ≈ 14.75Ω

2. 功率损耗估算

  1. 静态损耗:PQC = 12V×0.43mA + 11V×0.15mA ≈ 6.8mW
  2. 动态损耗:PQG = 2×12V×17nC×50kHz ≈ 20.4mW
  3. 总损耗估算:Ptotal ≈ 27mW(@50kHz开关频率)

五、布局指南

  1. ?电源处理?:
    • GVDD引脚旁放置1μF+0.1μF去耦电容
    • BST-SH电容距芯片<3mm
  2. ?信号完整性?:
    • 栅极走线长度<20mm
    • 敏感信号采用包地处理
  3. ?热设计?:
    • WSON封装推荐使用散热过孔阵列
    • 2oz铜厚PCB改善散热

LM2101凭借其高压处理能力和紧凑封装,特别适合电动工具、电动两轮车等空间受限的高噪声应用场景,为工程师提供了可靠的半桥驱动解决方案。

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