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  • MOS管電路解析,MOS管應(yīng)用電路分析
    • 發(fā)布時間:2022-08-03 20:37:05
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    MOS管電路解析,MOS管應(yīng)用電路分析
    MOS管驅(qū)動
    跟雙極性晶體管相比,一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流,只要GS電壓高于一定的值,就可以了。這個很容易做到,但是,我們還需要速度。
    在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅(qū)動,實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流,因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路,所以瞬間電流會比較大。
    選擇/設(shè)計MOS管驅(qū)動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
    第二注意的是,普遍用于高端驅(qū)動的NMOS,導(dǎo)通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時 柵極電壓要比VCC大4V或10V。
    如果在同一個系統(tǒng)里,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動器都集成了電荷泵,要注意的是應(yīng)該 選擇合適的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅(qū)動MOS管。
    上文說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓,設(shè)計時當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高,導(dǎo)通速度越快,導(dǎo)通電阻也越小。
    現(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里,但在12V汽車電子系統(tǒng)里,一般4V導(dǎo)通就夠用了。
    MOS管電路分析-MOS管應(yīng)用電路
    MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好,所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中,常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動,也有照明調(diào)光。
    1、低壓應(yīng)用
    當(dāng)使用5V電源,這時候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu),由于三極管的be有0.7V左右的壓降,導(dǎo)致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候,我們選用標(biāo)稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險。
    同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。
    2、寬電壓應(yīng)用
    輸入電壓并不是一個固定值,它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動電壓是不穩(wěn)定的。
    為了讓MOS管在高gate電壓下安全,很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下,當(dāng)提供的驅(qū)動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓,就會引起較大的靜態(tài)功耗。
    同時,如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時候,MOS管工作良好,而輸入電壓降低的時候gate電壓不足,引起導(dǎo)通不夠徹底,從而增加功耗。
    3、雙電壓應(yīng)用
    在一些控制電路中,邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓,而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個電壓采用共地方式連接。
    這就提出一個要求,需要使用一個電路,讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管,同時高壓側(cè)的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。
    在這三種情況下,圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出要求,而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動IC,似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。
    MOS管電路分析-相對通用的電路
    電路圖如下:
    MOS管電路分析
    圖1 用于NMOS的驅(qū)動電路
    MOS管電路分析
    圖2 用于PMOS的驅(qū)動電路
    針對NMOS驅(qū)動電路簡單分析:
    Vl和Vh分別是低端和高端的電源,兩個電壓可以是相同的,但是Vl不應(yīng)該超過Vh。
    Q1和Q2組成了一個反置的圖騰柱,用來實現(xiàn)隔離,同時確保兩只驅(qū)動管Q3和Q4不會同時導(dǎo)通。
    R2和R3提供了PWM電壓基準(zhǔn),通過改變這個基準(zhǔn),可以讓電路工作在PWM信號波形比較陡直的位置。
    Q3和Q4用來提供驅(qū)動電流,由于導(dǎo)通的時候,Q3和Q4相對Vh和GND最低都只有一個Vce的壓降,這個壓降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V的Vce。
    R5和R6是反饋電阻,用于對gate電壓進(jìn)行采樣,采樣后的電壓通過Q5對Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個強烈的負(fù)反饋,從而把gate電壓限制在一個有限的數(shù)值。這個數(shù)值可以通過R5和R6來調(diào)節(jié)。
    最后,R1提供了對Q3和Q4的基極電流限制,R4提供了對MOS管的gate電流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的時候可以在R4上面并聯(lián)加速電容。
    這個電路提供了如下的特性:
    1,用低端電壓和PWM驅(qū)動高端MOS管。
    2,用小幅度的PWM信號驅(qū)動高gate電壓需求的MOS管。
    3,gate電壓的峰值限制
    4,輸入和輸出的電流限制
    5,通過使用合適的電阻,可以達(dá)到很低的功耗
    6,PWM信號反相。NMOS并不需要這個特性,可以通過前置一個反相器來解決。
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