详细讲解MOSFET驱动电路的设计说明
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MOSFET的驱动保护电路设计驱动保护电路的设计应考虑以下几个因素:驱动电流要足够大以确保MOSFET能够被充分驱动,驱动电压要适配MOSFET的闸极源极电压,稳定的驱动信号,以及针对MOSFET存在的故障及过温保护。
第一部分:驱动电流设计驱动电流是使MOSFET正常工作的关键,需要足够大以确保MOSFET能够迅速打开和关闭。
驱动电流过小会导致MOSFET开启和关闭速度慢,从而影响功率开关的效果。
一种常见的驱动电路设计是使用晶体管来放大控制信号的电流,从而提供足够的驱动电流。
此时,需要选择合适的晶体管,以确保其最大可承受电流大于所需驱动电流。
第二部分:驱动电压设计为了适应不同类型和不同厂家的MOSFET,可以使用电压放大器来提供适当的驱动电压。
电压放大器可以根据输入信号的大小和极性来放大并适应MOSFET的驱动电压要求。
第三部分:稳定的驱动信号为了确保MOSFET的正常工作,需要提供稳定的驱动信号。
这可以通过使用驱动信号滤波器来实现。
驱动信号滤波器可以滤除杂波和噪声,从而提供干净、稳定的驱动信号。
常用的驱动信号滤波器包括电容滤波器和低通滤波器。
第四部分:MOSFET的故障及过温保护一种常见的故障保护方式是将电流和电压传感器与MOSFET连接,监测MOSFET的工作状态。
当电流或电压超过设定的阈值时,故障保护电路将会迅速关闭MOSFET。
此外,还可以使用温度传感器来监测MOSFET的工作温度,当温度超过一定值时,故障保护电路同样会迅速关闭MOSFET。
总结:MOSFET的驱动保护电路设计需要考虑驱动电流的大小、驱动电压的适应性、稳定的驱动信号以及MOSFET的故障及过温保护等因素。
通过设计合适的驱动保护电路,可以确保MOSFET的正常工作,延长其寿命,提高电路的可靠性和稳定性。
MOSFET管经典驱动电路设计大全MOSFET是一种常用的功率开关器件,能够在低电压和高电流下工作。
为了实现最佳性能和保护MOSFET,经典的MOSFET驱动电路设计起着至关重要的作用。
下面将介绍几种常见的MOSFET管经典驱动电路设计。
1.单极性驱动电路单极性驱动电路是一种简单而可靠的MOSFET驱动电路。
这种电路使用一个单极性电源,通过电阻将电流限制在安全范围内,然后将电流输入至MOSFET的栅极。
这种电路简单易于实现,但存在驱动能力有限的问题。
在高功率应用中,单极性驱动电路可能无法提供足够的电流和电压来驱动MOSFET。
2.双极性驱动电路双极性驱动电路通过使用正、负两种极性的信号来驱动MOSFET,提供更可靠和高效的驱动。
正极性信号应用于MOSFET的栅极,而负极性信号应用于MOSFET的源极。
这种驱动电路能够提供更大的电流和电压来控制MOSFET,提高了MOSFET的响应速度和驱动能力。
3.共射极驱动电路共射极驱动电路是一种常用的MOSFET驱动电路,通过极高的驱动能力和电流增益来改善MOSFET的驱动性能。
共射极驱动电路将输入信号应用于普通信号变压器的一个绕组上,输出从第二个绕组采集。
这种电路能够提供很高的电流和电压,能够有效地驱动大功率MOSFET。
4.双极性驱动共射极电路双极性驱动共射极电路结合了双极性驱动和共射极驱动的特点,提供了高效和可靠的MOSFET驱动。
这种电路使用正、负两种极性的输入信号,通过普通信号变压器来转换信号,并且从第二个绕组采集信号。
双极性驱动共射极电路能够提供高电流和电压,驱动能力强,响应速度快,适用于高功率应用。
5.驱动IC和芯片驱动电路除了上述的基本电路设计,还有一些专用的MOSFET驱动IC和芯片驱动电路可供选择。
这些驱动器通常具有保护功能,可以保护MOSFET免受过电流、过温和短路等问题的损坏。
驱动IC和芯片驱动电路通常需要外部电源供电,并且能够根据需要提供不同的驱动能力和控制功能。
mosfet半桥驱动电路设计要领半桥驱动电路是一种常见的驱动电路,常用于驱动MOSFET等功率开关器件。
本文将介绍设计半桥驱动电路的要领。
驱动电路的基本原理半桥驱动电路常用于推动半桥拓扑或单刹车拓扑等功率开关电路。
半桥驱动电路的基本原理是将输入信号通过逻辑电路进行加工和放大,产生合适的驱动信号,控制MOSFET的导通和截止。
半桥驱动电路通常由输入缓冲电路、逻辑电路、驱动级和输出驱动级组成。
输入缓冲电路用于接收控制信号,并提供良好的干扰抑制能力。
逻辑电路主要用于对输入信号进行逻辑运算和判断,产生MOSFET驱动控制信号。
驱动级用于放大逻辑电路输出信号的电流。
输出驱动级用于提供足够的电流和电压,驱动MOSFET。
1.选择适当的逻辑门电路半桥驱动电路通常采用逻辑门电路作为逻辑电路,常用的逻辑门包括非门、与门、或门、与非门等。
在选择逻辑门时,需要考虑输入信号数量和类型,以及输出电流和电压的要求。
2.控制信号的处理输入控制信号通常需要进行处理,以满足MOSFET的驱动要求。
例如,可以通过逻辑运算将多个输入信号合并为一个输出信号,或者通过加工改变输入信号的电平或时序。
3.驱动级的选择驱动级需要提供足够的电流来驱动MOSFET的栅极,从而确保MOSFET 能够快速开关。
常用的驱动级包括晶体管、共射放大电路、电流转移电路等。
在选择驱动级时,需要考虑输入和输出的电流和电压要求,以及功率损耗和成本等因素。
4.输出级的选择输出级需要提供足够的电流和电压来驱动MOSFET的源极和漏极。
常用的输出级包括共射放大电路、共基放大电路、共集放大电路等。
在选择输出级时,需要考虑输出电流和电压的要求,以及功率损耗和响应速度等因素。
5.干扰抑制和保护设计半桥驱动电路通常需要具备良好的干扰抑制能力和保护功能。
可以考虑采用滤波电路、隔离电路、过压保护电路、过流保护电路等来提高系统的稳定性和可靠性。
总结半桥驱动电路设计要注意逻辑门电路的选择、控制信号的处理、驱动级和输出级的选择,以及干扰抑制和保护设计。
MOS管栅极驱动电路1. 概述MOS管栅极驱动电路是一种用于驱动金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的电路。
在许多应用中,MOSFET被广泛用于功率放大、开关和开关模式电源等领域。
为了确保MOSFET的正常工作,需要一个可靠的驱动电路来提供适当的栅极电压和电流。
本文将介绍MOS管栅极驱动电路的原理、设计要点和常见应用。
2. 原理2.1 MOSFET基本原理MOSFET是一种三端器件,由源极、漏极和栅极组成。
其工作原理基于栅极施加的电压控制漏极和源极之间的导通。
当栅极与源极之间施加正向偏置时,形成一个P型沟道;当施加负向偏置时,形成一个N型沟道。
通过控制栅极与源极之间的电压可以调节漏源之间的导通状态。
2.2 驱动要求为了确保MOSFET能够快速切换和恢复到导通和截止状态,驱动电路需要满足以下要求:•提供足够的栅极电压:MOSFET的栅极电压控制漏源之间的导通,因此驱动电路需要能够提供足够的栅极电压以确保MOSFET正常工作。
•提供足够的栅极电流:为了使MOSFET迅速切换,驱动电路需要能够提供足够的栅极电流以充分充放电栅极。
•快速切换速度:驱动电路需要具有快速切换速度,以确保MOSFET能够迅速从导通到截止状态转换,并反之亦然。
2.3 驱动电路设计常见的MOS管栅极驱动电路包括共源共漏(Source Follower)和半桥(Half-Bridge)驱动。
2.3.1 共源共漏驱动共源共漏驱动是一种简单且常用的驱动方式。
它使用一个NPN晶体管作为开关器件,将其集电极连接到MOSFET的栅极,发射极连接到地。
当输入信号施加在NPN晶体管基极上时,可以通过调节基极电流来控制MOSFET的栅极电压。
共源共漏驱动电路具有以下特点: - 简单可靠:由于采用了常见的晶体管作为开关器件,该驱动电路设计简单且可靠。
- 较慢的切换速度:因为共源共漏驱动使用了NPN晶体管作为开关器件,其切换速度相对较慢。
2.3.2 半桥驱动半桥驱动是一种更高级的驱动方式,它使用两个互补型晶体管组成。
两种常见的MOSFET驱动电路设计MOSFET是一种常见的功率开关器件,用于控制电流。
在驱动MOSFET 时,需要设计适当的电路来提供必要的电压和电流,确保MOSFET能够正确开关。
下面介绍两种常见的MOSFET驱动电路设计。
1.单极性MOSFET驱动电路:单极性MOSFET驱动电路使用一个单一的电源来驱动MOSFET。
这种电路的设计较为简单,适用于低功率或低频率应用。
一个常见的单极性MOSFET驱动电路是基于功率MOSFET的开关电源设计。
该设计使用一个辅助开关器件和一个变压器来提供所需的电压和电流。
首先,辅助开关器件通过周期性的开关操作驱动变压器的初级侧。
变压器的次级侧连接到MOSFET的门极,通过变压器来提供所需的驱动电压和电流。
辅助开关器件可以是一个负责的晶体管或MOSFET,通过控制辅助开关器件的开关操作,可以控制MOSFET的导通和截止。
另一个常见的单极性MOSFET驱动电路是基于MOSFET驱动芯片的设计。
这种电路使用专门的驱动芯片来提供所需的电压和电流。
驱动芯片通常具有输入和输出引脚,以及内置的保护电路和反馈回路。
驱动芯片通过控制输入信号,实现对MOSFET的驱动。
常见的驱动芯片有IR2110、TC4420等,它们能够提供合适的功率和速度,使MOSFET能够快速开关。
2.双极性MOSFET驱动电路:双极性MOSFET驱动电路使用两个对称的电源来驱动MOSFET。
这种电路设计适用于高功率或高频率应用。
一个常见的双极性MOSFET驱动电路是基于H桥拓扑结构的设计。
H 桥电路由四个开关器件组成,包括两个N型MOSFET和两个P型MOSFET。
这些开关器件交替开关,通过控制开关操作和输入信号,实现对MOSFET 的驱动。
H桥电路可以提供正负两种极性的电源,使MOSFET能够正常开关。
常见的H桥电路有L298N、L293D等,它们能够提供较高的功率和速度,适用于高功率驱动应用。
另一个常见的双极性MOSFET驱动电路是基于推挽结构的设计。
MOSFET管驱动电路的设计MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种常用的功率开关器件,广泛应用于电子设备中。
为了实现对MOSFET管的正常工作和控制,需要设计一个合适的驱动电路。
本文将详细介绍MOSFET管驱动电路的设计步骤。
设计MOSFET管驱动电路的第一步是确定所需的功率和电压级别。
根据具体应用场景,可以确定所需的驱动电流和电压。
这些参数将决定所选用的驱动电路的设计。
其次,确定并选择所需的驱动器。
驱动器是将信号转换为所需的电流和电压级别的关键组件。
常见的驱动器有普通开关电路和能够提供逻辑电平的驱动器。
在选择驱动器时,需要考虑MOSFET管的输入容量和开关速度等因素。
接下来,确定驱动电路的输入信号。
输入信号通常来自于控制电路或微处理器。
确定输入信号的电平和频率将有助于后续驱动电路的设计与调试。
在设计驱动电路时,需要特别关注MOSFET的输入电容和输入电阻。
输入电容决定了驱动电路的开关速度,输入电阻则影响驱动电路的响应能力。
根据MOSFET管的参数手册,选择合适的驱动电路设计来匹配MOSFET 的输入容量和输入电阻。
在电路设计中,还需要考虑到保护电路的设计。
保护电路主要是为了防止MOSFET管在过电流、过温度或其他异常情况下受损。
常见的保护电路包括过电流保护、过温度保护和电压保护等。
在完成驱动电路的设计后,需要进行电路模拟和验证。
使用电路仿真软件,例如PSpice或LTSpice等,可以对驱动电路进行仿真,并通过调整电路参数和元件选型来优化电路的性能。
最后,进行实际的电路搭建和测试。
根据设计图纸,选择合适的元件进行电路的布局和焊接。
在测试过程中,需要注意输入信号的稳定性和驱动电路输出的准确性。
总结起来,设计MOSFET管驱动电路的步骤包括确定功率和电压级别、选择驱动器、确定输入信号、考虑MOSFET参数、设计保护电路、电路仿真和验证,以及实际电路搭建和测试。
通过这些步骤,设计出稳定可靠的MOSFET管驱动电路,可以满足各种应用场景的需求。
MOSFET驱动电路设计MOSFET驱动电路设计是用于驱动MOSFET的电路,其主要目的是提供足够的电流和电压来控制MOSFET的开关动作。
在设计MOSFET驱动电路时,需要考虑许多因素,例如驱动电流和电压的要求、响应时间、功耗以及电路的可靠性等。
首先,我们需要确定驱动电路所需的最大电流。
这可以通过MOSFET的输入电容和开关时间来确定。
一般来说,驱动电流应大于输入电容电流的峰值,以确保快速开关。
其次,我们需要确定驱动电压的要求。
MOSFET需要满足开启电压和关闭电压的要求,同时还要考虑电压过驱动带来的损伤。
因此,驱动电压应高于MOSFET的开启电压和闭合电压,以确保可靠的开关操作。
在设计电路时,我们可以选择使用恒流源或功率放大器来提供高电流驱动。
恒流源是一种提供恒定电流的电路,可以保持恒定的电流输出并提供稳定的驱动。
功率放大器则会将输入信号放大到足够的驱动电压。
此外,为了提高驱动电路的响应时间,可以采用互补驱动电路。
互补驱动电路使用两个MOSFET来控制MOSFET的开关,以提高电路的开关速度和效率。
驱动电路中还需要考虑保护电路的设计,以防止过电流、过温度和过压等问题。
过电流保护可以通过设计过电流保护装置来实现,例如使用电流传感器和比较器等。
过温度保护可以通过温度传感器来实现,一旦温度超过设定值,就会触发保护机制。
过压保护可以通过电压传感器和比较器来实现。
最后,为确保电路的可靠性和稳定性,驱动电路还应考虑到功耗的问题。
在设计中,应尽量降低功率损耗,以提高系统的效率和稳定性。
综上所述,MOSFET驱动电路设计需要考虑诸多因素,包括驱动电流和电压的要求、响应时间、功耗和保护电路等。
在设计过程中,需要充分考虑这些因素,并选择合适的电路结构和元器件来实现高效、稳定和可靠的驱动电路。
MOS管驱动电路详解要点MOS管驱动电路是一种用于控制场效应晶体管(MOSFET)开关特性的电路。
它的作用是提供适当的电流和电压信号,以控制MOSFET的导通和截止状态,并确保其工作在适当的工作区间内。
下面将详细介绍MOS管驱动电路的要点。
1.基本工作原理:MOS管驱动电路主要由脉冲发生器、信号处理电路和功率放大器组成。
脉冲发生器产生所需的控制信号,经过信号处理电路处理后,送至功率放大器进行增幅,并通过输出级将控制信号传递至MOSFET的栅极,从而控制其导通和截止。
2.输入信号处理:输入信号处理电路主要功能是对控制信号进行放大、滤波和保护等处理。
其中放大的目的是使输出信号的幅值达到足够的水平,以确保能够完全驱动MOSFET。
滤波则用于去除干扰信号,确保控制信号的稳定性。
保护功能主要是针对输入信号的过压、过流等异常情况进行保护,以防止损坏电路。
3.输出级设计:输出级是MOS管驱动电路中最为关键的部分,其主要任务是将控制信号传递至MOSFET栅极。
在输出级设计时,需要考虑输出阻抗、功率放大和响应速度等因素。
为了得到较低的输出阻抗,通常采用共射极放大器的结构。
同时,为了提高功率放大能力,可以使用功率放大器进行增强。
此外,响应速度也是一个重要的指标,需要保证驱动电路能够快速而准确地响应输入信号。
4.电源设计:电源设计在MOS管驱动电路中也非常重要。
MOSFET通常需要较高的电压供电,为了保证电路的稳定性和可靠性,通常需要提供独立的高压电源。
此外,还需要设计一些电源滤波电路,以去除电源中的杂波和噪声信号,以防止对驱动电路产生干扰。
5.保护措施:在MOS管驱动电路中,需要考虑到各种异常情况的保护措施。
例如,过压保护可以通过在输入端增加过压保护电路实现;过流保护可以通过在输出级增加过流检测电路实现;过温保护可以通过在电路中加入温度传感器以及相应的保护电路来实现。
这些保护措施的设计可以有效地保证整个驱动电路的安全稳定运行。
SICMOSFET驱动电路设计概述SICMOSFET驱动电路是一种用于驱动硅碳化(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的电路设计。
SiCMOSFET是一种高压、高温和高速开关设备,具有较低的开启电阻、较高的开启速度和较低的开启电压。
为了充分利用SiCMOSFET的优势,驱动电路设计需要满足以下几个方面的要求:1.功率输出:SiCMOSFET通常用于高功率应用,驱动电路需要能够提供足够的输出功率,以满足设备的需求。
在选择输出功率时,需要考虑到应用的工作频率和负载条件。
2.保护功能:驱动电路需要具备一定的保护功能,以保护SiCMOSFET 免受过压、过流、过温等不良条件的影响。
常见的保护功能包括过电流保护、过温保护和短路保护等。
3.高速开关:SiCMOSFET能够实现较高的开关速度,因此驱动电路需要具备足够的开启和关闭速度,以充分利用SiCMOSFET的高速开关特性。
4.低开启电阻:驱动电路需要具备足够的电流输出能力,以降低SiCMOSFET开启时的电阻,并提供稳定的控制信号。
驱动电路的设计通常包括输入端和输出端两个部分。
输入端是驱动电路的控制信号输入接口,通常由控制器、信号处理器和传感器等组成。
输出端是驱动电路的功率输出接口,通常由功率放大器和电源等组成。
在驱动电路的设计中,选用合适的驱动芯片是关键。
驱动芯片需要具备高速开关和保护等功能,并能够适应SiCMOSFET的特性。
常用的驱动芯片有IR2110、IR2184和ADuM4221等。
此外,在驱动电路的设计中还需要考虑到电路的布局和散热等问题。
由于SiCMOSFET的高功率特性,驱动电路需要具备良好的散热设计,以确保电路的稳定性和安全性。
总结而言,SICMOSFET驱动电路设计是一项复杂而关键的工作。
合理选择驱动芯片、考虑到功率输出和保护等要求,并进行良好的布局和散热设计,是实现高效稳定的SiCMOSFET应用的关键。
MOSFET驱动电路设计MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种常用的功率开关器件,通常用于控制高功率负载的开关和调节。
为了确保MOSFET可以正常工作,必须设计一个合适的驱动电路,以便使MOSFET在高频率下稳定地进行开启和关闭。
本文将介绍如何设计一个简单且有效的MOSFET驱动电路。
MOSFET驱动电路的基本功能是提供足够的电流和电压来打开和关闭MOSFET,以便控制负载电流。
一个典型的MOSFET驱动电路由几个主要部分组成:输入电路、驱动电路、功率电源和输出电路。
以下是一个简单的MOSFET驱动电路设计:1.输入电路:输入电路通常包括一个电压源和一个信号源,用于提供输入信号给MOSFET驱动电路。
在设计输入电路时,需要考虑输入信号的幅度和频率,以确保MOSFET驱动电路可以正常工作。
2.驱动电路:驱动电路是MOSFET驱动电路的核心部分,用于提供足够的电流和电压给MOSFET。
一个常见的MOSFET驱动电路包括一个驱动IC 和若干外部元件,如电容和电阻。
驱动IC通常具有内置的MOSFET驱动器和保护功能,可提供稳定的输出信号给MOSFET。
3.功率电源:功率电源用于为MOSFET提供工作所需的电源电压和电流。
在设计功率电源时,需要考虑MOSFET的功率和工作条件,以确保功率电源能够为MOSFET提供足够的电源。
4.输出电路:输出电路用于连接MOSFET和负载,以控制负载电流。
输出电路通常包括一个负载电阻和一个电容,用于平滑输出信号并保护MOSFET。
在设计MOSFET驱动电路时,需要考虑以下几个关键因素:1.驱动电流和电压:MOSFET的门极需要足够的驱动电流和电压才能正常工作。
因此,驱动电路需要提供足够的电流和电压给MOSFET。
2.延迟时间:MOSFET的开启和关闭速度对于一些应用是非常重要的。
因此,驱动电路需要能够在短时间内响应输入信号,并提供快速的开启和关闭操作。
3.稳定性:MOSFET驱动电路需要具有稳定的性能,以确保MOSFET可以在各种工作条件下稳定地工作。
详细讲解MOSFET管驱动电路作者:来源:电源网关键字:MOSFET结构开关驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。
这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。
下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创。
包括MOS管的介绍,特性,驱动以及应用电路。
1,MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。
至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。
对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小,且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。
下面的介绍中,也多以NMOS为主。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。
在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。
顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。
2,MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
3,MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。
选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。
现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。
MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。
MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。
通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。
缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。
这两种办法都可以减小开关损失。
4,MOS管驱动跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。
这个很容易做到,但是,我们还需要速度。
在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。
对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。
选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。
而高端驱动的M OS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。
如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。
很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然需要有一定的余量。
而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小。
现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了。
MOS管的驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to M OSFETs。
讲述得很详细,所以不打算多写了。
5,MOS管应用电路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。
现在的MOS驱动,有几个特别的需求,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MO S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M OS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。
于是我设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求。
电路图如下:图1 用于NMOS的驱动电路图2 用于PMOS的驱动电路这里我只针对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。
在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题。
DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电。
目前DC -DC转换器设计技术发展主要趋势有:(1)高频化技术:随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。
小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级。
(2)低输出电压技术:随着半导体制造技术的不断发展,微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低,这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求。
这些技术的发展对电源芯片电路的设计提出了更高的要求。
首先,随着开关频率的不断提高,对于开关元件的性能提出了很高的要求,同时必须具有相应的开关元件驱动电路以保证开关元件在高达兆赫级的开关频率下正常工作。
其次,对于电池供电的便携式电子设备来说,电路的工作电压低(以锂电池为例,工作电压2.5~3.6V),因此,电源芯片的工作电压较低。
MOS管具有很低的导通电阻,消耗能量较低,在目前流行的高效DC-DC芯片中多采用MOS管作为功率开关。
但是由于MOS管的寄生电容大,一般情况下NMOS开关管的栅极电容高达几十皮法。
这对于设计高工作频率DC-DC转换器开关管驱动电路的设计提出了更高的要求。
在低电压ULSI设计中有多种CMOS、BiCMOS采用自举升压结构的逻辑电路和作为大容性负载的驱动电路。
这些电路能够在低于1V电压供电条件下正常工作,并且能够在负载电容1~2pF的条件下工作频率能够达到几十兆甚至上百兆赫兹。
本文正是采用了自举升压电路,设计了一种具有大负载电容驱动能力的,适合于低电压、高开关频率升压型DC-DC转换器的驱动电路。
电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证,在供电电压1.5V ,负载电容为60pF时,工作频率能够达到5MHz以上。
自举升压电路自举升压电路的原理图如图1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。
具体工作原理如下。
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N 2、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。
实际上,B点电位与负载电容和电容Cboot的大小有关,可以根据设计需要调整。
具体关系将在介绍电路具体设计时详细讨论。
在图2中给出了输入端IN电位与A、B两点电位关系的示意图。
驱动电路结构图3中给出了驱动电路的电路图。
驱动电路采用Totem输出结构设计,上拉驱动管为NMOS管N4、晶体管Q1和PMOS管P5。
下拉驱动管为NMOS管N5。
图中CL为负载电容,Cpar为B点的寄生电容。
虚线框内的电路为自举升压电路。
本驱动电路的设计思想是,利用自举升压结构将上拉驱动管N4的栅极(B点)电位抬升,使得UB>V DD+VTH ,则NMOS管N4工作在线性区,使得VDSN4 大大减小,最终可以实现驱动输出高电平达到V DD。