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  • STM32芯片3.3V IO口驱动MOS管电路
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    2021-08-11 18:13:01

    Nmos管做低端驱动
    电路工作原理说明:
    对于Nmos管,G极电位比S极电位高于导通域值电压便会导通
    对于Pmos管则相反,G极电位比S极电位低于导通域值电压才会导通
    所以Nmos管适合做低端驱动,S极接地,以使S极的电压固定,Pmos管适合做高端驱动,S极接电源VCC,也是使S极的电压固定
    当MCU IO输出高电平时,Q1三极管B极电位高于E极电位,发射极正偏,Q1三极管导通,从而将Q2三极管的B极电位拉低,Q2三极管发射极也正偏,三极管导通,12*10/11≈10.9V,再减去三极管的导通压降0.7V,MOS管G极的电位便是10.2V,MOS管导通

    在这里插入图片描述

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    关于用单片机直接驱动mos管做PWM调光的

    本人用8266加上网购的一个pwm模块,做了个简易的柜台pwm调光电路,在使用过程中,发现了很多问题,特把发现的问题发表出来,供大家讨论。
    网购的模块如下:

    在这里插入图片描述
    根据实物图,画出的电路图如下:
    在这里插入图片描述

    自己用了个12V电源供电,控制一个12V 的柜台灯的亮暗,发现,mos管在灯亮度比较高时,温度很烫,手感的话,估计超过50度,用220v交流功率计测试了下,在高亮状态下,功率大致为40w左右,灯的供电是12V,也就是说电流大致在3A左右,按道理说这个电流不大。那mos管发烫,肯定是不完全导通导致的本色消耗过大。
    用示波器在mos管的G极和D极测试了下波形,如下图2个:

    这个是mos管G极的驱动波形图,看起没得什么问题,驱动电压也达到了6V以上:
    mos

    但是在D极测试出波形,就有很大的问题了,波形如下:
    在这里插入图片描述
    ,自己分析啊。在mos管的G极电压为低时,mos管截止,D极理论上的电压应该为12V,当MOS管的G极电压为高时,D极电压应该为0V,
    实际情况是:当MOS管的G极电压为高时,D极电压为0.8V,基本符合预期。
    当MOS管的G极电压为低时,D极电压有个缓慢上升的过程,,搞不清楚这个缓慢上升的过程,到底是什么原因导致的了。大家帮忙分析下

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  • MOS管驱动电路

    千次阅读 多人点赞 2020-10-23 00:08:53
    MOS管驱动电路一、驱动电路的介绍二、mos驱动电路的分类1 非隔离驱动1.1 直接驱动1.2 自举电路2 隔离驱动2.1 变压器隔离2.2 光耦隔离 一、驱动电路的介绍 在电源或者硬件设计中,无论是三极管BJT,还是mos管,都...

    一、驱动电路的介绍

    在电源或者硬件设计中,无论是三极管BJT,还是mos管,都需要驱动电路。这是为什么呢?为何不能直接将脉冲波形加在开关管上?驱动电路的作用主要有以下几点:

    • 提供足够的驱动能力。由于驱动信号往往从控制器如DSP,单片机给出,驱动电压和电流不足以使开关管导通,所以需要驱动电路进行驱动能力匹配
    • 保证开关管良好的开关状态。在一个电路中,开关管不能太快或者太慢,太快EMI过不了,太慢开关损耗又太大。
    • 保证器件的可靠性,避免过压和过流。由于开关器件寄生参数的存在,在导通或者关断时,往往产生很大的电压电流尖峰,这会影响电路的性能和器件的可靠性。

    驱动电路一般分为电流驱动型和电压驱动型。
    BJT等电流控制型器件需要电流驱动型电路。这种电路需要在BJT导通时提供足够大的持续电流。
    在这里插入图片描述

    而mos管和IGBT等电压驱动型器件,由于输入电阻很大,所以不需要太大的连续驱动电流,但是为保证一定开关速度,峰值电流需要保证。所以电压驱动电路一方面提供足够的驱动电压,另一方面提供一定的峰值电流。

    在这里插入图片描述
    因mos管开关速度高,导通阻抗小,在开关电源中应用广泛,下面对mos管的驱动电路进行详细介绍。

    介绍之前,想先简单介绍下mos管的开通过程,关断过程反过来,也就不详细介绍了。
    我们知道mos管包含三个寄生电容Cgs,Cgd,Cds,如下图所示:
    在这里插入图片描述

    在mos管的datasheet中,并未给出以上三个电容,而是给出了Ciss,Coss,Crss
    在这里插入图片描述
    Ciss:输入电容,Ciss=Cgs+Cgd
    Coss:输出电容,Coss=Cgd+Cds
    Crss:反向传输电容,即米勒电容,Crss=Cgd
    Cgd随电压是变化的,这就导致了米勒平台的产生。
    开通过程包括以下几个阶段:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    1. 当Vgs小于Vth时,驱动电压主要给Cgs充电,这是因为此时Cgd承受正压所以容量很小,能存储的电荷也小,所以电荷大部分都跑到Cgs上。
    2. 当Vgs>Vth时,mos管开始导通,iD产生,此时Cgd增大,所以驱动电流一部分往Cgd走,当mos完全导通后,iD保持不变,所以Vgs不变,驱动电流大部分往Cgd走,进入米勒平台区。Vds在这个时期一直减小。
    3. 当Cgd增加到与Cgs差不多时(在Vds下降到等于此时的Vgs-Vg(th)这个值的时候,此时Cgd有低阻抗通路,相当于与Cgs并联),驱动电压又分别给两者充电,所以Vgs又上升。
      米勒平台的危害主要时增加mos管的交叉损耗,所以时间越短越好。

    二、mos驱动电路的分类

    1 非隔离驱动

    非隔离驱动指的是,控制电路不需要与主电路进行隔离。

    1.1 直接驱动

    驱动芯片可以与开关管共地,可使用直接驱动电路。
    直接驱动电路简化图如下:
    在这里插入图片描述
    Rgs主要是用来给Cgs放电。
    Rg是驱动电阻,用来控制开关速度和抑制电流尖峰。
    下面分别讨论两个参数对驱动电压的影响。
    Rgs的影响
    在开机无驱动时,若不加Rgs,mos会误导通,甚至击穿mos。
    从下面的仿真可以看到,不加驱动时,Vgs接近4V,而且整个电路上有电流,说明mos管导通。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    原因是由于Cgs,Cgd的存在,两者会对输入电压进行分压,分压跟电容成反比,导致Vgs>Vth,所以mos管导通,所以整个回路存在电流。
    在这里插入图片描述

    加上Rgs后,电路不加驱动时,Vgs上不在有电压。Rgs一般选择10-20k,太大,Cgs放电慢,但太小,电阻功耗大
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    Rg的影响
    电路加驱动时,由于PCB引线或者mos寄生电感的存在,驱动等效电路为LC电路,会产生谐振,所以需要加入Rg来增加阻尼。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    对驱动电路进行仿真,发现驱动电阻需要选取合适,太大,驱动能力减弱,太小,起不到阻尼的作用,Rg一般选择5-10Ω
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    1.2 自举电路

    自举的意思是利用电容电压不能突变的原理,mos管改变开关状态时,能自动将电压抬升起来,从而将高压mos导通。主要应用在mos不能与驱动IC共地的情况下,如buck电路。
    下面以buck芯片tps50601进行说明。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    自举电路工作过程如下
    (1)低压mos导通,Cboot充电,但其上电压<Vth,高压mos不能导通(若导通s端电压为Vin>g端电压,导致高压mos关闭)
    在这里插入图片描述
    (2)低压mos关断,Cboot电压抬升,但其上电压为Vin+Vboot>Vth,高压mos导通
    在这里插入图片描述
    自举电容需要选取的合适,太大,电荷泵充电时,电流过大,而太小,自举电压维持不住。在buck芯片的datasheet中,Cboot一般选择0.1uF。

    2 隔离驱动

    考虑到可靠性(高压电路和低压电路之间需要隔离),控制电路需要与主电路隔离。

    2.1 变压器隔离

    基本变压器隔离电路如下图所示。
    C1为隔直电容,其上的平均电压为D*Vin。
    在这里插入图片描述
    但此电路有如下缺点:

    • 驱动电压减小,且有负值
    • 占空比D越大,驱动电压越小
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      改进的变压器隔离电路如下:
      副边增加了隔直电容和续流二极管。
      在这里插入图片描述
      下面的波形可以看到,mos的Vgs可以很好的跟随驱动波形。
      在这里插入图片描述而且即使D变得很大如0.9,Vgs也不会变得很小
      在这里插入图片描述
      关于设计:
    • 变压器按照正激变压器设计,不能让其饱和
    • 隔直电容一般选择几百nF
    • 续流二极管选择快恢复二极管

    2.2 光耦隔离

    变压器容易受寄生参数的影响,且易饱和,而光耦隔离就很好的解决了这一问题,但是光耦受自身参数的影响,频率不能做的很高,且在恶劣条件下,寿命和可靠性降低。
    下面是光耦驱动的电路,这里不详细介绍了,注意光耦需要足够的驱动电流才能导通。
    在这里插入图片描述

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    图一:适合开关频率不高的场合,一般低于2KHz。

    其中R1=10K,R2 R3大小由V+决定,V+越高,R2 R3越大,以保证电阻及三极管功耗在允许范围,同时保证R2和R3的分压VPP=V+ 减10V,同时V+不能大于40V。
    补充:
    图二:适合高频大功率场合,到达100KHz没问题,同时可以并联多个MOSFET-P管

    R2 R3需要满足和图一一样的条件,其实就是图一加了级推挽,这样就可以保证MOSFET管高速开关,上面6P小电容是发射结结电容补偿电容,可以改善三极管高速开关特性。另外:MOSFET的栅极电容较大,在使用的时候应该把它当成一个容抗负载来看。
    补充:
    最后需要说明的是,我给你全用的P沟道管,而没有N沟道,是因为在你的应用电路上使用N沟道管得话还需要一个自举电路来提升栅极电压,以保证MOS管完全导通,有点麻烦。
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