mos控制燈 pwm 經典MOS管驅動電路分析

2021-10-14 09:18:54 字數 2236 閱讀 5392

在做電源或驅動時,功率器件mos管是我們最常用的器件。使用mos管時,如果對mos管的某些引數考慮不周,電路通常是無法工作。所以,mos管選型要考慮方方面面的因素。

mos管廣泛的應用在我們熟知的電路中,比如開關電源,電動馬達、照明調光等驅動電路中。在這裡應用中,我們使用的一般是低壓mos管。與低壓mos管對應的,便是高壓mos管,這兩種mos管的分類是以電壓來分類的。通常高壓mos管電壓在400v-1000v左右,能提供有效的鎖定保護執行,採用cmos技術,與雙極驅動器相比,功耗低,執行效率高,還可以提公升系統的可靠性。低壓mos管電壓在1v-40v左右,有高速度、高效能、低功耗、低導通電阻、小封裝等優勢,適合保護電路和開關電路。

現在的mos驅動,有幾個特別的應用:

1)低壓應用:當使用5v電源,這時候如果使用傳統的圖騰柱結構,由於三極體的be有0.7v左右的壓降,導致實際最終加在gate上的電壓只有4.3v。這時候,我們選用標稱gate電壓4.5v的mos管就存在一定的風險。同樣的問題也發生在使用3v或者其他低壓電源的場合。

2)寬電壓應用:輸入電壓並不是乙個固定值,它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導致pwm電路提供給mos管的驅動電壓是不穩定的。

為了讓mos管在高gate電壓下安全,很多mos管內建了穩壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下,當提供的驅動電壓超過穩壓管的電壓,就會引起較大的靜態功耗。

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,引起導通不夠徹底,從而增加功耗。

3)雙電壓應用:在一些控制電路中,邏輯部分使用典型的5v或者3.3v數字電壓,而功率部分使用12v甚至更高的電壓。兩個電壓採用共地方式連線。這就提出乙個要求,需要使用乙個電路,讓低壓側能夠有效的控制高壓側的mos管,同時高壓側的mos管也同樣會面對1和2中提到的問題。

在這三種情況下,圖騰柱結構無法滿足輸出要求,而很多現成的mos驅動ic,似乎也沒有包含gate電壓限制的結構。這裡分享2個相對通用的電路來滿足以上三種應用場景。

電路圖如下:

圖1 用於nmos的驅動電路

圖2 用於pmos的驅動電路

上圖nmos和pmos驅動電路功能一致,這裡只分析nmos驅動電路:

vl和vh分別是低端和高階的電源,兩個電壓可以是相同的,但是vl不應該超過vh。

q1和q2組成了乙個反置的圖騰柱,用來實現隔離,同時確保兩隻驅動管q3和q4不會同時導通。

r2和r3提供了pwm電壓基準,通過改變這個基準,可以讓電路工作在pwm訊號波形比較陡直的位置。

q3和q4用來提供驅動電流,由於導通的時候,q3和q4相對vh和gnd最低都只有乙個vce的壓降,這個壓降通常只有0.3v左右,大大低於0.7v的vce。

r5和r6是反饋電阻,用於對gate電壓進行取樣,取樣後的電壓通過q5對q1和q2的基極產生乙個強烈的負反饋,從而把gate電壓限制在乙個有限的數值。這個數值可以通過r5和r6來調節。

最後,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上面併聯加速電容。

這個電路提供了如下的特性:

1)用低端電壓和pwm驅動高階mos管。

2)用小幅度的pwm訊號驅動高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,可以達到很低的功耗。

6)pwm訊號反相。nmos並不需要這個特性,可以通過前置乙個反相器來解決。

上文多次提到了圖騰柱,這裡再給大家解釋何為圖騰柱。

圖騰柱就是上下各乙個電晶體,上管為npn,c極接正電源,下管為pnp,e極接負電源,注意,是負電源,是地。兩個b極接到一起,接輸入,上管的e和下管的c接到一起,接輸出。用來匹配電壓,或者提高io口的驅動能力。

正如上面電路的分析,mos管使用涉及到的知識點非常多,希望大家正確規範使用mos管,發揮其最大的價值。

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