在(zài)了解5V单片机驱动mos管电路之前,先了解一下单片机驱(qū)动mos管电路图及原理,单片机驱(qū)动mos管电路主要(yào)根据MOS管要(yào)驱动(dòng)什(shí)么东西,要只(zhī)是(shì)一(yī)个继电器之类(lèi)的小(xiǎo)负载的话直接用51的引脚驱动就(jiù)可(kě)以,要注意电感类负载要加保(bǎo)护(hù)二极管和吸收(shōu)缓(huǎn)冲,最好用N沟道的MOS。
如(rú)果(guǒ)驱动的东西(功率)很大,(大电流、大电(diàn)压(yā)的场合),最好要做电气隔离、过流超压(yā)保护、温度保护等(děng)……此时既(jì)要(yào)隔离传送控制信号(例如PWM信(xìn)号),也要给驱动级(MOS管的推动电路(lù))传送(sòng)电能。常用的信号传(chuán)送有PC923 PC929 6N137 TL521等至于电能的传(chuán)送可以用DC-DC模块。如(rú)果是做产品的话建议自(zì)己(jǐ)搞一个建议的DC-DC,这样可以(yǐ)降低成本。然后MOS管有一(yī)种简单的(de)驱动方(fāng)式:2SC1815+2SA1015,NPN与PNP一个用于MOS开(kāi)启驱(qū)动,一个用于MOS快速(sù)关断(duàn)。
图(tú)一:适合(hé)开关频(pín)率(lǜ)不(bú)高的场合,一般低于2KHz。
其中R1=10K,R2、R3大(dà)小由V+决定,V+越高,R2、R3越大,以(yǐ)保证电(diàn)阻及三极管功耗在允许范围,同时保证(zhèng)R2和R3的分压(yā)VPP=V+ 减10V,同时V+不能大于(yú)40V。
补充:图二:适合高频大功率场合,到达(dá)100KHz没问(wèn)题,同时(shí)可(kě)以并(bìng)联多个MOSFET-P管
R2、R3需要满足(zú)和图一一样的条件,其实就(jiù)是图一加了级推挽,这样就(jiù)可以保证(zhèng)MOSFET管高速(sù)开(kāi)关,上面6P小电容(róng)是(shì)发射结结电(diàn)容补(bǔ)偿电容(róng),可以改(gǎi)善三极管高速(sù)开关(guān)特性。
另(lìng)外:MOSFET的栅极电容较大,在使用的时(shí)候应该把(bǎ)它(tā)当成一个容抗负载来看(kàn)。
MOS管驱(qū)动电路
在使用(yòng)MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的(de)时候,大(dà)部分人都会考虑MOS的导通电阻,最(zuì)大电压(yā)等,最大电流等(děng),也有很多人仅仅考虑这些(xiē)因素。这样的电路也许(xǔ)是可以工作的,但(dàn)并(bìng)不是优秀的(de),作为正式(shì)的产品(pǐn)设计也是(shì)不允(yǔn)许的。
MOS管导通特性
导通的意思是作为(wéi)开(kāi)关,相当于开(kāi)关闭合。
NMOS的(de)特性:Vgs大于一(yī)定的值就会导通(tōng),适合(hé)用于源极接地时(shí)的情况(kuàng)(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了(le)。PMOS的特性(xìng):Vgs小于一定的值就(jiù)会导通(tōng),适合(hé)用于源(yuán)极接VCC时的情(qíng)况(高端驱动)。但是,虽然(rán)PMOS可以很方便地用作(zuò)高(gāo)端驱动,但由(yóu)于导通电阻大,价(jià)格贵,替换种类(lèi)少等(děng)原因,在高端驱动中,通(tōng)常还是(shì)使用NMOS。
MOS开(kāi)关管(guǎn)损失(shī)
MOS管驱动(dòng)电路不管是(shì)NMOS还是PMOS,导(dǎo)通后都有导(dǎo)通电阻存在(zài),这样电(diàn)流就会在这个电(diàn)阻(zǔ)上消(xiāo)耗(hào)能量,这(zhè)部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电(diàn)阻小的MOS管会减小导通损(sǔn)耗(hào)。现(xiàn)在的小功率(lǜ)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(jié)止的时候,一(yī)定不是在(zài)瞬间完成的。MOS两(liǎng)端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的(de)过程,在这段时(shí)间内,MOS管的(de)损失是电压和(hé)电(diàn)流的乘(chéng)积,叫做开关损失(shī)。通常开关损失比(bǐ)导通损失大得多(duō),而且(qiě)开(kāi)关频率越快,损失也越(yuè)大(dà)。
导通瞬间电压和电流(liú)的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以(yǐ)减小每次导通时的损失;降低开关频率(lǜ),可以减(jiǎn)小单位时间内的开关次数。这两(liǎng)种(zhǒng)办法都可以减小(xiǎo)开关损失。
MOS管驱动
跟(gēn)双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通(tōng)不需要电流,只(zhī)要GS电压高(gāo)于一(yī)定的值,就(jiù)可以了。这个很容易做到,但是,我们还(hái)需(xū)要速度。在MOS管(guǎn)的结构(gòu)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(shàng)就是对电容的充(chōng)放电。对电容的(de)充(chōng)电需要一个电流,因为对电(diàn)容充电瞬间可以把电容(róng)看成短路,所以瞬间电(diàn)流会比(bǐ)较大。选择/设计(jì)MOS管驱动(dòng)时第一(yī)要注意的是可提供瞬(shùn)间(jiān)短路电流的(de)大小(xiǎo)。
MOS管驱(qū)动电路第(dì)二注(zhù)意的是,普遍用于高端驱(qū)动的NMOS,导通时需要是(shì)栅极电压大于源极电压。而高(gāo)端(duān)驱(qū)动的(de)MOS管导通时源极电压(yā)与(yǔ)漏极电(diàn)压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果(guǒ)在同一个系统里,要(yào)得到(dào)比VCC大的电压,就要(yào)专(zhuān)门的(de)升压电路(lù)了。很多马达(dá)驱动器都集成了(le)电(diàn)荷泵,要注意(yì)的是应该 选择合(hé)适的外(wài)接电容(róng),以得到(dào)足够的短路电流去驱动MOS管。
上(shàng)边说的4V或10V是常用的(de)MOS管的导通电压,设计时当然(rán)需要有一定的余量。而且(qiě)电压(yā)越高,导通速(sù)度越快,导通电阻(zǔ)也越小。现(xiàn)在也有导通电压(yā)更(gèng)小的MOS管用在不(bú)同的领域(yù)里,但在(zài)12V汽车电子系统里,一般4V导通(tōng)就够用了。MOS管的驱(qū)动电路及(jí)其损失,可以(yǐ)参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers toMOSFETS。讲述得很详细,所以不打算多写(xiě)了(le)。
MOS管应(yīng)用电路
MOS管最显著(zhe)的特性是开关(guān)特性好,所以被广(guǎng)泛应用在需要(yào)电(diàn)子开关的电路中,常见的如开关电源(yuán)和马达驱动,也有照明调(diào)光。
二、现在的MOS驱动,有几个特别的应用:
1、低压(yā)应用当使用(yòng)5V电源,由于三极管的be有0.7V左右的(de)压降,导致实际最终加(jiā)在gate上的电压只有(yǒu)4.3V。这时候(hòu),我们选用标称gate电压(yā)4.5V的MOS管(guǎn)就存在一(yī)定的风险。同样的问题(tí)也(yě)发(fā)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(qí)他因(yīn)素而(ér)变(biàn)动。这个变动导致PWM电(diàn)路提供给(gěi)MOS管的驱动电压(yā)是不稳定的。为了让(ràng)MOS管在(zài)高gate电压下安(ān)全,很多MOS管内置了稳压管(guǎn)强行限制(zhì)gate电压的(de)幅值。在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的(de)电压,就会引起较大(dà)的(de)静态(tài)功耗。同(tóng)时(shí),如果(guǒ)简单的用电阻分压的原理降低(dī)gate电压,就会出现输入(rù)电压比较高的(de)时候,MOS管工作良好(hǎo),而输入(rù)电(diàn)压降低的时候gate电压不足,引(yǐn)起导通不够彻底,从而增加功(gōng)耗(hào)。
3、双电压应用(yòng)在(zài)一些控制(zhì)电路中,逻辑(jí)部(bù)分使用典型的5V或者3.3V数字电压(yā),而功率部分(fèn)使用12V甚(shèn)至更高(gāo)的(de)电(diàn)压(yā)。两个电压采用共地(dì)方式连接。MOS管驱(qū)动电路。这就提(tí)出(chū)一个要求,需要使(shǐ)用(yòng)一个电路,让低压(yā)侧能(néng)够有效的控(kòng)制高(gāo)压侧的MOS管,同时高(gāo)压侧的(de)MOS管也同样(yàng)会面对(duì)1和2中(zhōng)提到的问题。
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