MOS管驱动电路总结与阐发-MOS管驱动电路典范设想大全-KIA MOS管

信息来历：本站　日期：2019-03-19　

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MOS管,MOS管驱动电路

MOS管概述

mos管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管，或称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以或许或许或许对换的，他们都是在P型backgate中构成的N型区。在大都环境下，这个两个区是一样的，即便两头对换也不会影响器件的机能。如许的器件被以为是对称的。

场效应管（FET），把输入电压的变更转化为输入电流的变更。FET的增益即是它的跨导，界说为输入电流的变更和输入电压变更之比。市道上常有的通俗为N沟道和P沟道，概况参考右边图片（P沟道耗尽型MOS管）。而P沟道罕见的为高压mos管。

场效应管经由进程投影一个电场在一个绝缘层下去影响流过晶体管的电流。现实上不电流流过这个绝缘体，以是FET管的GATE电流很是小。最通俗的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。这类晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管，或,金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。因为MOS管更小更省电，以是他们已在良多操纵场所代替了双极型晶体管。

MOS管根基布局与任务道理

mos管大名是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型。本文就布局机关、特色、合用电路等几个方面用工程师的话简略描写。其布局表示图：

MOS管,MOS管驱动电路

MOS场效应三极管分为：加强型（又有N沟道、P沟道之分）及耗尽型（分有N沟道、P沟道）。N沟道加强型MOSFET的布局表示图和标记见上图。此中：电极 D（Drain）称为漏极，相称双极型三极管的集电极；

电极 G（Gate）称为栅极，相称于的基极；

电极 S（Source）称为源极，相称于发射极。

MOS管驱动电路

驱动电路(Drive Circuit)，位于主电路和节制电路之间，用来对节制电路的旌旗灯号停止缩小的中间电路（即缩小节制电路的旌旗灯号使其可以或许或许或许或许驱动功率晶体管），称为驱动电路。

驱动电路的感化：将节制电路输入的PWM脉冲缩小到足以驱动功率晶体管—开关功率缩小感化。驱动电路的感化：将节制电路输入的PWM脉冲缩小到足以驱动功率晶体管—开关功率缩小感化。

在操纵MOS管设想开关电源或马达驱动电路的时辰，大局部人城市斟酌MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有良多人仅仅斟酌这些身分。如许的电路或许是可以或许或许或许任务的，但并不是优异的，作为正式的产物设想也是不许可的。

MOS管导通特征

导通的意义是作为开关，相称于开关闭合。

NMOS的特征，Vgs大于必然的值就会导通，合适用于源极接地时的环境（低端驱动），只需栅极电压到达4V或10V就可以或许或许或许了。

PMOS的特征，Vgs小于必然的值就会导通，合适用于源极接VCC时的环境（高端驱动）。可是，固然PMOS可以或许或许或许很便利地用作高端驱动，但因为导通电阻大，价钱贵，替代品种少等缘由，在高端驱动中，凡是仍是操纵NMOS。

MOS开关管丧失

不论是NMOS仍是PMOS，导通后都有导通电阻存在，如许电流就会在这个电阻上耗损能量，这局部耗损的能量叫做导通耗损。挑选导通电阻小的MOS管会减小导通耗损。此刻的小功率MOS管导通电阻通俗在几十毫欧摆布，几毫欧的也有。

MOS在导通和停止的时辰，必然不是在刹时完成的。MOS两头的电压有一个降落的进程，流过的电流有一个回升的进程，在这段时辰内，MOS管的丧失是电压和电流的乘积，叫做开关丧失。凡是开关丧失比导通丧失大良多，并且开关频次越快，丧失也越大。

导通刹时电压和电流的乘积很大，形成的丧失也就很大。耽误开关时辰，可以或许或许或许减小每次导通时的丧失；下降开关频次，可以或许或许或许减小单元时辰内的开关次数。这两种方法都可以或许或许或许减小开关丧失。

MOS管驱动

跟双极性晶体管比拟，通俗以为使MOS管导通不须要电流，只需GS电压高于必然的值，就可以或许或许或许了。这个很轻易做到，可是，咱们还须要速率。

在MOS管的布局中可以或许或许或许看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，现实上便是对电容的充放电。对电容的充电须要一个电流，因为对电容充电刹时可以或许或许或许把电容当作短路，以是刹时电流会比拟大。挑选/设想MOS管驱动时第一要注重的是可供给刹时短路电流的巨细。

第二注重的是，遍及用于高端驱动的NMOS，导通时须若是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）不异，以是这时辰辰候栅极电压要比VCC大4V或10V。若是在统一个体系里，要获得比VCC大的电压，就要特地的升压电路了。良多马达驱动器都集成了电荷泵，要注重的是应当挑选合适的外接电容，以获得充足的短路电流去驱动MOS管。

上边说的4V或10V是经常操纵的MOS管的导通电压，设想时固然须要有必然的余量。并且电压越高，导通速率越快，导通电阻也越小。此刻也有导通电压更小的MOS管用在差别的范畴里，但在12V汽车电子体系里，通俗4V导通就够用了。

MOS管操纵电路

MOS管最明显的特征是开关特征好，以是被普遍操纵在须要电子开关的电路中，罕见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。

MOS管驱动电路几个操纵

1、高压操纵

当操纵5V电源，这时辰辰候辰若是操纵传统的图腾柱布局，因为三极管的be有0.7V摆布的压降，致使现实终究加在gate上的电压只要4.3V。这时辰辰候辰，咱们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在必然的危险。

一样的题目也发生在操纵3V或其余高压电源的场所。

2、宽电压操纵

输入电压并不是一个牢固值，它会跟着时辰或其余身分而变化。这个变化致使PWM电路供给给MOS管的驱动电压是不不变的。

为了让MOS管在高gate电压下宁静，良多MOS管内置了稳压管强行限定gate电压的幅值。在这类环境下，当供给的驱动电压跨越稳压管的电压，就会引发较大的静态功耗。

同时，若是简略的用电阻分压的道理下降gate电压，就会呈现输入电压比拟高的时辰，MOS管任务杰出，而输入电压下降的时辰gate电压缺乏，引发导通不够完全，从而增添功耗。

3、双电压操纵

在一些节制电路中，逻辑局部操纵典范的5V或3.3V数字电压，而功率局部操纵12V乃至更高的电压。两个电压接纳共地体例毗连。

这就提出一个请求，须要操纵一个电路，让高压侧可以或许或许或许或许有用的节制高压侧的MOS管，同时高压侧的MOS管也一样会晤对1和2中提到的题目。

在这三种环境下，图腾柱布局没法知足输入请求，而良多现成的MOS驱动IC，仿佛也不包罗gate电压限定的布局。

绝对通用的电路

电路图以下：

MOS管,MOS管驱动电路

用于NMOS的驱动电路

MOS管,MOS管驱动电路

用于PMOS的驱动电路

这里只针对NMOS驱动电路做一个简略阐发：

Vl和Vh别离是低端和高真个电源，两个电压可以或许或许或许是不异的，可是Vl不应当跨越Vh。

Q1和Q2构成了一个反置的图腾柱，用来完成断绝，同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。

R2和R3供给了PWM电压基准，经由进程转变这个基准，可以或许或许或许让电路任务在PWM旌旗灯号波形比拟陡直的地位。

Q3和Q4用来供给驱动电流，因为导通的时辰，Q3和Q4绝对Vh和GND最低都只要一个Vce的压降，这个压降凡是只要0.3V摆布，大大低于0.7V的Vce。

R5和R6是反应电阻，用于对gate电压停止采样，采样后的电压经由进程Q5对Q1和Q2的基极发生一个激烈的负反应，从而把gate电压限定在一个无限的数值。这个数值可以或许或许或许经由进程R5和R6来调理。

最初，R1供给了对Q3和Q4的基极电流限定，R4供给了对MOS管的gate电流限定，也便是Q3和Q4的Ice的限定。须要的时辰可以或许或许或许在R4下面并联加快电容。

这个电路供给了以下的特征：

1、用低端电压和PWM驱动高端MOS管。

2、用小幅度的PWM旌旗灯号驱动高gate电压须要的MOS管。

3、gate电压的峰值限定

4、输入和输入的电流限定

5、经由进程操纵合适的电阻，可以或许或许或许到达很低的功耗。

6、PWM旌旗灯号反相。NMOS并不须要这个特征，可以或许或许或许经由进程前置一个反相器来处置。

低电压高频次-自举电路的BiCMOS驱动电路

在设想便携式装备和无线产物时，进步产物机能、耽误电池任务时辰是设想职员须要面临的两个题目。DC-DC转换器具备用率高、输入电流大、静态电流小等长处，很是合用于为便携式装备供电。今朝DC-DC转换器设想手艺成长首要趋向有：

（1）高频化手艺：跟着开关频次的进步，开关变更器的体积也随之减小，功率密度也获得大幅晋升，静态呼应获得改良。小功率DC-DC转换器的开关频次将回升到兆赫级。

（2）低输入电压手艺：跟着半导体制作手艺的不时成长，微处置器和便携式电子装备的任务电压愈来愈低，这就请求将来的DC-DC变更器可以或许或许或许或许供给低输入电压以顺应微处置器和便携式电子装备的请求。

这些手艺的成长对电源芯片电路的设想提出了更高的请求。起首，跟着开关频次的不时进步，对开关元件的机能提出了很高的请求，同时必须具备呼应的开关元件驱动电路以保障开关元件在高达兆赫级的开关频次下通俗任务。其次，对电池供电的便携式电子装备来讲，电路的任务电压低（以锂电池为例，任务电压 2.5～3.6V），是以，电源芯片的任务电压较低。

MOS管具备很低的导通电阻，耗损能量较低，在今朝风行的高效DC－DC芯片中多接纳MOS管作为功率开关。可是因为MOS管的寄生电容大，通俗环境下NMOS开关管的栅极电容高达几十皮法。这对设想高任务频次DC－DC转换器开关管驱动电路的设想提出了更高的请求。

在低电压ULSI设想中有多种CMOS、BiCMOS接纳自举升压布局的逻辑电路和作为大容性负载的驱动电路。这些电路可以或许或许或许或许在低于1V电压供电前提下通俗任务，并且可以或许或许或许或许在负载电容1～2pF的前提下任务频次可以或许或许或许或许到达几十兆乃至上百兆赫兹。本文恰是接纳了自举升压电路，设想了一种具备大负载电容驱动才能的，合适于低电压、高开关频次升压型DC－DC转换器的驱动电路。电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设想并颠末Hspice仿真考证，在供电电压1.5V ，负载电容为60pF时，任务频次可以或许或许或许或许到达5MHz以上。

MOS管驱动电路断绝手艺

MOS管驱动电路断绝手艺通俗操纵光电耦合器或断绝变压器（光耦合；磁耦合）。因为 MOSFET 的任务频次及输入阻抗高，轻易被搅扰，故驱动电路应具备杰出的电气断绝机能，以完成主电路与节制电路之间的断绝，使之具备较强的抗搅扰才能，防止功率级电路对节制旌旗灯号的搅扰。

光耦断绝驱动可分为电磁断绝与光电断绝。接纳脉冲变压器完成电路的电磁断绝，是一种电路简略靠得住，又具备电气断绝感化的电路，但其对脉冲的宽度有较大限定，若脉冲过宽，磁饱和效应能够使一次绕组的电流俄然增大，乃至使其销毁，而若脉冲过窄，为驱动栅极关断所存储的能量能够不够。光电隔离，是操纵光耦合器将节制旌旗灯号回路和驱动回路断绝开。该驱动电路输入阻抗较小，处置了栅极驱动源低阻抗的题目，但因为光耦合器呼应速率较慢，因此其开关提早时辰较长，限定了顺应频次。

光耦指的是可断绝交换或直流旌旗灯号KCB EA。

1.由IF节制Ic；电流传输比CTR-Current Transfer Ratio

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