在了(le)解(jiě)5V单片机驱动mos管电(diàn)路之前(qián),先了(le)解一下单片(piàn)机(jī)驱动mos管电路图(tú)及原理,单片(piàn)机(jī)驱动mos管电路主要根据MOS管要驱动什么东西,要只是一个继电器之类(lèi)的(de)小负载的话直接用51的引脚(jiǎo)驱动就可以,要(yào)注意电(diàn)感(gǎn)类负(fù)载(zǎi)要加保护(hù)二极管和吸收(shōu)缓冲,最(zuì)好用N沟道(dào)的MOS。
如(rú)果驱动(dòng)的东西(功率)很大,(大电流、大电压的场合),最好要做电气(qì)隔离、过流超(chāo)压保护、温度(dù)保(bǎo)护等……此时既要隔离传送控(kòng)制信号(例如PWM信号(hào)),也要给驱动级(jí)(MOS管的推动(dòng)电路)传送电能。常用的信号传送有PC923 PC929 6N137 TL521等至于电能的传送(sòng)可以用DC-DC模块。如果是做产品(pǐn)的话建议自己搞一(yī)个建议的DC-DC,这样(yàng)可以降(jiàng)低成本。然后MOS管(guǎn)有一种简(jiǎn)单的驱动方式:2SC1815+2SA1015,NPN与PNP一个用(yòng)于MOS开启驱动,一个(gè)用于MOS快速关断。
图一(yī):适合开关(guān)频率不(bú)高(gāo)的(de)场(chǎng)合,一般低于2KHz。
其中R1=10K,R2、R3大小由V+决定,V+越(yuè)高,R2、R3越大(dà),以保(bǎo)证电(diàn)阻及三(sān)极(jí)管(guǎn)功耗(hào)在允许(xǔ)范(fàn)围,同时保证(zhèng)R2和R3的分压VPP=V+ 减10V,同时V+不能大于40V。
补(bǔ)充(chōng):图(tú)二:适合高频大功率场(chǎng)合,到达100KHz没问(wèn)题(tí),同(tóng)时可以并联多个MOSFET-P管
R2、R3需要满足和图一一样的(de)条件,其实(shí)就是(shì)图一加了级推挽,这样就(jiù)可以(yǐ)保证MOSFET管(guǎn)高(gāo)速开(kāi)关(guān),上(shàng)面(miàn)6P小电容是发射结结电容(róng)补偿(cháng)电容,可以改善三极管高速开(kāi)关特性。
另(lìng)外:MOSFET的栅极电容较大(dà),在(zài)使用的时候应该把它(tā)当成一个容(róng)抗负(fù)载来看。
MOS管(guǎn)驱动(dòng)电路(lù)
在使用(yòng)MOS管设计开关电(diàn)源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的(de)导通电阻,最(zuì)大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅(jǐn)考(kǎo)虑这(zhè)些因素。这样(yàng)的电路也许是可(kě)以工(gōng)作的,但并(bìng)不(bú)是优(yōu)秀的,作为正(zhèng)式的产品设计(jì)也是不允许的。
MOS管导(dǎo)通特性
导通(tōng)的意思(sī)是作为开关,相当(dāng)于(yú)开(kāi)关(guān)闭合。
NMOS的特性:Vgs大于一定的值(zhí)就会导通,适合(hé)用于(yú)源极接地时(shí)的(de)情况(低(dī)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(de)值就(jiù)会(huì)导通,适合用于源极(jí)接VCC时的情况(高端驱动)。但是(shì),虽然(rán)PMOS可以很方(fāng)便地(dì)用作高端驱动,但由于(yú)导通电(diàn)阻大,价格贵(guì),替换种(zhǒng)类少等原因,在高端(duān)驱(qū)动中(zhōng),通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失
MOS管(guǎn)驱动电路不管是NMOS还(hái)是PMOS,导(dǎo)通后都有导(dǎo)通电阻存在,这样电流就会(huì)在这个电(diàn)阻上消耗(hào)能(néng)量,这部分消耗的能量叫做导通(tōng)损耗。选择导通(tōng)电(diàn)阻小的MOS管会减小(xiǎo)导通损耗。现在的小(xiǎo)功(gōng)率MOS管导通(tōng)电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也(yě)有。
MOS在导通和截止(zhǐ)的时候,一定不是(shì)在瞬间完成的。MOS两端的(de)电压有一个下降的过程,流过的(de)电流有一(yī)个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损(sǔn)失(shī)是电压和电流(liú)的乘积,叫做开关损失。通常(cháng)开(kāi)关(guān)损失(shī)比导(dǎo)通损失大得多,而(ér)且开关频率越快(kuài),损失也越大。
导通瞬间电压和电流(liú)的乘积很大,造成(chéng)的损失也就很大。缩短(duǎn)开(kāi)关时间(jiān),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(jiǎn)小(xiǎo)开关损失。
MOS管(guǎn)驱(qū)动
跟双极性晶体管相比,一(yī)般认为使MOS管导(dǎo)通不(bú)需要电流,只要(yào)GS电压高于一定的(de)值(zhí),就(jiù)可以了(le)。这个很容易做到,但是,我(wǒ)们还需要速度。在(zài)MOS管的结构(gòu)中(zhōng)可以(yǐ)看到(dào),在GS,GD之间存在寄生电(diàn)容,而(ér)MOS管的驱动,实(shí)际上就是对电(diàn)容的充放电。对电容的充电需要一(yī)个电流,因为对电容充电瞬(shùn)间可以把(bǎ)电容(róng)看成短路,所以瞬间(jiān)电流会比较大。选择(zé)/设计MOS管驱动时第一要(yào)注意的(de)是可提供瞬(shùn)间短路电流的(de)大小。
MOS管驱动电路第(dì)二注意的是,普遍用于高(gāo)端驱动的NMOS,导通时需(xū)要是栅极电压大(dà)于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时(shí)源极电压与漏极电压(VCC)相同(tóng),所以这时栅极电压(yā)要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到(dào)比VCC大的(de)电压,就要专门的升压电(diàn)路了。很(hěn)多马(mǎ)达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该 选择合适(shì)的外接电容,以(yǐ)得到足够的短(duǎn)路(lù)电流去驱动MOS管。
上边说(shuō)的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时(shí)当然需要有一定的余(yú)量。而且电压(yā)越(yuè)高,导通(tōng)速度越快,导通(tōng)电阻也(yě)越(yuè)小(xiǎo)。现在(zài)也有导通电压更(gèng)小的(de)MOS管用(yòng)在不同(tóng)的(de)领域里,但在12V汽车电子系统里,一(yī)般4V导通就够用了。MOS管(guǎn)的驱动电路及(jí)其损失,可以参(cān)考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers toMOSFETS。讲述得很详(xiáng)细,所以不打算(suàn)多写了。
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(yīng)用在需要电子开关的电路中,常见的如开关(guān)电源(yuán)和马达驱动,也有照明调光。
二、现(xiàn)在的MOS驱动,有几个(gè)特别的应用:
1、低压应用当使用5V电(diàn)源(yuán),由于(yú)三极管的be有(yǒu)0.7V左右的压(yā)降,导致实(shí)际(jì)最终加在gate上的电压只有4.3V。这时候(hòu),我们选(xuǎn)用(yòng)标称(chēng)gate电压4.5V的MOS管就存在(zài)一定的风险(xiǎn)。同样的问题也发生在使用3V或者(zhě)其他低压(yā)电源的场合(hé)。
2、宽电压应用(yòng)输入电压并不(bú)是一个固定值,它会(huì)随着时间或(huò)者(zhě)其他因素而变(biàn)动(dòng)。这个变动导致PWM电路提供给(gěi)MOS管的驱动电压是不稳定的。为了让(ràng)MOS管(guǎn)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(de)幅值。在这种情况(kuàng)下(xià),当提供的驱动电压超过(guò)稳(wěn)压管的电(diàn)压,就会(huì)引起较大的静态功耗。同时,如(rú)果简单的用电(diàn)阻分压的原理降低gate电压,就(jiù)会出现输入电(diàn)压比较高的时候,MOS管工作良好(hǎo),而输入(rù)电压降低的时候gate电压不足,引起导通(tōng)不够彻底(dǐ),从而增加功耗。
3、双电压应(yīng)用(yòng)在一些(xiē)控制电路中,逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数(shù)字电压,而功率(lǜ)部分使用12V甚(shèn)至更高的电压。两个电压采用共地方(fāng)式连接。MOS管(guǎn)驱动电路。这就提出一个要求,需要使用(yòng)一个电路,让低压侧能够有(yǒu)效的控制高压侧(cè)的MOS管,同时高压侧的(de)MOS管也同样会面对1和2中提到的(de)问题(tí)。
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