MOS管驅動電路總結

2021-10-17 03:41:09 字數 3429 閱讀 6343

在使用mos管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,大部分人都會考慮mos的導通電阻,最大電壓等,最大電流等,也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的,但並不是優秀的,作為正式的產品設計也是不允許的。

下面是我對mosfet及mosfet驅動電路基礎的一點總結,其中參考了一些資料,非全部原創。包括mos管的介紹,特性,驅動以及應用電路。

1,mos管種類和結構

mosfet管是fet的一種(另一種是jfet),可以被製造成增強型或耗盡型,p溝道或n溝道共4種型別,但實際應用的只有增強型的n 溝道mos管和增強型的p溝道mos管,所以通常提到nmos,或者pmos 指的就是這兩種。

至於為什麼不使用耗盡型的mos管,不建議刨根問底。

對於這兩種增強型mos管,比較常用的是nmos。原因是導通電阻小,且容易製造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,一般都用nmos。下面的介紹中,也多以nmos為主。

mos管的三個管腳之間有寄生電容存在,這不是我們需要的,而是由於製造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電

路的時候要麻煩一些,但沒有辦法避免,後邊再詳細介紹。

在mos管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有乙個寄生二極體。這個叫體二極體,在驅動感性負載(如馬達),這個二極體很重要。順便說一句,體二極體只在單個的mos管中存在,在積體電路晶元內部通常是沒有的。

2,mos管導通特性

導通的意思是作為開關,相當於開關閉合。

nmos的特性,vgs大於一定的值就會導通,適合用於源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4v或10v就可以了。

pmos的特性,vgs小於一定的值就會導通,適合用於源極接vcc時的情況(高階驅動)。但是,雖然pmos可以很方便地用作高階驅動,但由於導通電阻大,**貴,替換種類少等原因,在高階驅動中,通常還是使用nmos。

3,mos開關管損失

不管是nmos還是pmos,導通後都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的mos管會減小導通損耗。現在的小功率mos管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。

mos在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。mos兩端的電

壓有乙個下降的過程,流過的電流有乙個上公升的過程,在這段時間內,mos管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越快,損失也越大。

導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。

4,mos管驅動

跟雙極性電晶體相比,一般認為使mos管導通不需要電流,只要gs 電壓高於一定的值,就可以了。這個很容易做到,但是,我們還需要速度。

在mos管的結構中可以看到,在gs,gd之間存在寄生電容,而mos 管的驅動,實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要乙個電流,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/設計mos管驅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,普遍用於高階驅動的nmos,導通時需要是柵極電壓大於源極電壓。而高階驅動的mos管導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。如果在同乙個系統裡,要得到比vcc大的電壓,就要專門的公升壓電路了。

很多馬達驅動器都整合了電荷幫浦,要注意的是應該選擇合適的外接電容,以

得到足夠的短路電流去驅動mos管。

上邊說的4v或10v是常用的mos管的導通電壓,設計時當然需要有一定的餘量。而且電壓越高,導通速度越快,導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的mos管用在不同的領域裡,但在12v汽車電子系統裡,一般4v導通就夠用了。

mos管的驅動電路及其損失,可以參考microchip公司的an799 matching mosfet drivers to mosfets。講述得很詳細,所以不打算多寫了。

5,mos管應用電路

mos管最顯著的特性是開關特性好,所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中,常見的如開關電源和馬達驅動,也有照明調光。

這三種應用在各個領域都有詳細的介紹,這裡暫時不多寫了。以後有時間再總結

問題提出:

現在的mos驅動,有幾個特別的需求,

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。

於是我設計了乙個相對通用的電路來滿足這三種需求。 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

這裡我只針對nmos驅動電路做乙個簡單分析:

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。

mos驅動管總結

3,mos開關管損失 不管是nmos還是pmos,導通後都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的mos管會減小導通損耗。現在的小功率mos管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。mos在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。mos兩端的...

MOS管的應用及驅動電路的介紹

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MOS管驅動電阻怎麼選擇

mos管驅動電阻怎麼選擇,給定頻率,mos管的qg和上公升沿怎麼計算用多大電阻 首先得知道輸入電容大小和驅動電壓大小,等效為電阻和電容串聯電路,求出電容充電電壓表示式,得出電阻和電容電壓關係圖 mos管的開關時間要考慮的是qg的,而不是有ciss,coss決定,看下面的data.乙個mos可能有很大...