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  • MOS管应用电路,MOS管驱动电路解析
    • 发布时间:2024-05-14 18:03:25
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    MOS管应用电路,MOS管驱动电路解析
    MOS管最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。
    1、低压应用
    当使用5V电源,这时候如果使用传统的图腾柱结构,由于三极管的be有0.7V左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。这时候,我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。
    同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合。
    2、宽电压应用
    输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动。这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。
    为了让MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引起较大的静态功耗。
    同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压降低的时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗。
    3、双电压应用
    在一些控制电路中,逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。
    这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管,同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。
    在这三种情况下,图腾柱结构无法满足输出要求,而很多现成的MOS驱动IC,似乎也没有包含gate电压限制的结构。
    MOS管驱动电路
    MOS管驱动电路
    MOS管驱动电路
    NMOS PMOS 驱动电路
    针对NMOS驱动电路做一个简单分析:
    Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh。
    Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。
    R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。
    Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V的Vce。
    R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把gate电压限制在一个有限的数值。这个数值可以通过R5和R6来调节。
    最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的时候可以在R4上面并联加速电容。
    这个电路提供了如下的特性:
    1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管。
    2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。
    3,gate电压的峰值限制
    4,输入和输出的电流限制
    5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗。
    6,PWM信号反相。NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。
    自举升压电路
    MOS管驱动电路
    自举升压电路的原理图如图所示。所谓的自举升压原理就是,在输入端IN输入一个方波信号,利用电容Cboot将A点电压抬升至高于VDD的电平,这样就可以在B端输出一个与输入信号反相,且高电平高于VDD的方波信号。
    当VIN为高电平时,NMOS管N1导通,PMOS管P1截止,C点电位为低电平。同时N2导通,P2的栅极电位为低电平,则P2导通。这就使得此时A点电位约为VDD,电容Cboot两端电压UC≈VDD。由于N3导通,P4截止,所以B点的电位为低电平。这段时间称为预充电周期。
    当VIN变为低电平时,NMOS管N1截止,PMOS管P1导通,C点电位为高电平,约为VDD。同时N2、N3截止,P3导通。这使得P2的栅极电位升高,P2截止。此时A点电位等于C点电位加上电容Cboot两端电压,约为2VDD。而且P4导通,因此B点输出高电平,且高于VDD。这段时间称为自举升压周期。
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