MOS管最顯著的特性是開(kāi)關(guān)特性好,所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開(kāi)關(guān)的電路中,常見(jiàn)的如開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng),也有照明調(diào)光。
1、低壓應(yīng)用
當(dāng)使用5V電源,這時(shí)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(shí)際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時(shí)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(xiǎn)。
同樣的問(wèn)題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)合。
2、寬電壓應(yīng)用
輸入電壓并不是一個(gè)固定值,它會(huì)隨著時(shí)間或者其他因素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動(dòng)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(qiáng)行限制gate電壓的幅值。在這種情況下,當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超過(guò)穩(wěn)壓管的電壓,就會(huì)引起較大的靜態(tài)功耗。
同時(shí),如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候,MOS管工作良好,而輸入電壓降低的時(shí)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(gè)電壓采用共地方式連接。
這就提出一個(gè)要求,需要使用一個(gè)電路,讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管,同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會(huì)面對(duì)1和2中提到的問(wèn)題。
在這三種情況下,圖騰柱結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足輸出要求,而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動(dòng)IC,似乎也沒(méi)有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。
MOS管驅(qū)動(dòng)電路
NMOS PMOS 驅(qū)動(dòng)電路
針對(duì)NMOS驅(qū)動(dòng)電路做一個(gè)簡(jiǎn)單分析:
Vl和Vh分別是低端和高端的電源,兩個(gè)電壓可以是相同的,但是Vl不應(yīng)該超過(guò)Vh。
Q1和Q2組成了一個(gè)反置的圖騰柱,用來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離,同時(shí)確保兩只驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
R2和R3提供了PWM電壓基準(zhǔn),通過(guò)改變這個(gè)基準(zhǔn),可以讓電路工作在PWM信號(hào)波形比較陡直的位置。
Q3和Q4用來(lái)提供驅(qū)動(dòng)電流,由于導(dǎo)通的時(shí)候,Q3和Q4相對(duì)Vh和GND最低都只有一個(gè)Vce的壓降,這個(gè)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(duì)gate電壓進(jìn)行采樣,采樣后的電壓通過(guò)Q5對(duì)Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的負(fù)反饋,從而把gate電壓限制在一個(gè)有限的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值可以通過(guò)R5和R6來(lái)調(diào)節(jié)。
最后,R1提供了對(duì)Q3和Q4的基極電流限制,R4提供了對(duì)MOS管的gate電流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的時(shí)候可以在R4上面并聯(lián)加速電容。
這個(gè)電路提供了如下的特性:
1,用低端電壓和PWM驅(qū)動(dòng)高端MOS管。
2,用小幅度的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(guò)使用合適的電阻,可以達(dá)到很低的功耗。
6,PWM信號(hào)反相。NMOS并不需要這個(gè)特性,可以通過(guò)前置一個(gè)反相器來(lái)解決。
自舉升壓電路
自舉升壓電路的原理圖如圖所示。所謂的自舉升壓原理就是,在輸入端IN輸入一個(gè)方波信號(hào),利用電容Cboot將A點(diǎn)電壓抬升至高于VDD的電平,這樣就可以在B端輸出一個(gè)與輸入信號(hào)反相,且高電平高于VDD的方波信號(hào)。
當(dāng)VIN為高電平時(shí),NMOS管N1導(dǎo)通,PMOS管P1截止,C點(diǎn)電位為低電平。同時(shí)N2導(dǎo)通,P2的柵極電位為低電平,則P2導(dǎo)通。這就使得此時(shí)A點(diǎn)電位約為VDD,電容Cboot兩端電壓UC≈VDD。由于N3導(dǎo)通,P4截止,所以B點(diǎn)的電位為低電平。這段時(shí)間稱為預(yù)充電周期。
當(dāng)VIN變?yōu)榈碗娖綍r(shí),NMOS管N1截止,PMOS管P1導(dǎo)通,C點(diǎn)電位為高電平,約為VDD。同時(shí)N2、N3截止,P3導(dǎo)通。這使得P2的柵極電位升高,P2截止。此時(shí)A點(diǎn)電位等于C點(diǎn)電位加上電容Cboot兩端電壓,約為2VDD。而且P4導(dǎo)通,因此B點(diǎn)輸出高電平,且高于VDD。這段時(shí)間稱為自舉升壓周期。
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