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  • MOS管驱动电路总结
    2020-12-31 01:23:11

    MOS

    管驱动电路总结

    在使用

    MOS

    管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,

    大部分人都会

    考虑

    MOS

    的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考

    虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为

    正式的产品设计也是不允许的。

    下面是我对

    MOSFET

    MOSFET

    驱动电路基础的一点总结,其中参考

    了一些资料,非全部原创。包括

    MOS

    管的介绍,特性,驱动以及应用

    电路。

    1

    MOS

    管种类和结构

    MOSFET

    管是

    FET

    的一种(另一种是

    JFET

    )

    ,可以被制造成增强型或

    耗尽型,

    P

    沟道或

    N

    沟道共

    4

    种类型,但实际应用的只有增强型的

    N

    沟道

    MOS

    管和增强型的

    P

    沟道

    MOS

    管,

    所以通常提到

    NMOS

    或者

    PMOS

    指的就是这两种。

    至于为什么不使用耗尽型的

    MOS

    管,不建议刨根问底。

    对于这两种增强型

    MOS

    管,

    比较常用的是

    NMOS

    原因是导通电阻小,

    且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用

    NMOS

    下面的介绍中,也多以

    NMOS

    为主。

    MOS

    管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是

    由于制造工艺限制产生的。

    寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电

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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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    AO3401就是很常用的MOS管了,特殊负载如H桥里面的双MOS驱动。有专用的驱动芯片如AO3400

    如果只是单个MOS管的普通驱动方式像这种增强型NMOS管直接加一个电阻限流即可。由于MOS管内部有寄生电容有时候为了加速电容放电,会在限流电阻反向并联一个二极管。

    用于NMOS的驱动电路和用于PMOS的驱动电路

    针对NMOS驱动电路做一个简单分析:

    Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh。

    Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。

    R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。

    Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V的Vce。

    R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把gate电压限制在一个有限的数值。这个数值可以通过R5和R6来调节。

    最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的时候可以在R4上面并联加速电容。

    这个电路提供了如下的特性:

    1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管。

    2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。

    3,gate电压的峰值限制

    4,输入和输出的电流限制

    5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗。

    6,PWM信号反相。NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。

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    H桥是一个典型的直流电机控制电路,因为它的电路形状酷似字母H,故得名与“H桥”。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图中只是简略示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。

    1、H桥驱动原理

    1)电机驱动

    电路首先,单片机能够输出直流信号,但是它的驱动才能也是有限的,所以单片机普通做驱动信号,驱动大的功率管如Mos管,来产生大电流从而驱动电机,且占空比大小能够经过驱动芯片控制加在电机上的均匀电压到达转速调理的目的。电机驱动主要采用N沟道MOSFET构建H桥驱动电路,H 桥是一个典型的直流电机控制电路,由于它的电路外形酷似字母 H,故得名曰“H 桥”。4个开关组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠。要使电机运转,必需使对角线上的一对开关导通,经过不同的电流方向来控制电机正反转,其连通电路如图所示。

    在这里插入图片描述

    2)H桥驱动原理

    实践驱动电路中通常要用硬件电路便当地控制开关,电机驱动板主要采用两种驱动芯片,一种是全桥驱动HIP4082,一种是半桥驱动IR2104,半桥电路是两个MOS管组成的振荡,全桥电路是四个MOS管组成的振荡。其中,IR2104型半桥驱动芯片能够驱动高端和低端两个N沟道MOSFET,能提供较大的栅极驱动电流,并具有硬件死区、硬件防同臂导通等功用。运用两片IR2104型半桥驱动芯片能够组成完好的直流电机H桥式驱动电路,而且IR2104价钱低廉,功用完善,输出功率相对HIP4082较低,此计划采用较多。

    在这里插入图片描述

    另外,由于驱动电路可能会产生较大的回灌电流,为避免对单片机产生影响,最好用隔离芯片隔离,隔离芯片选取有很多方式,如2801等,这些芯片常做控制总线驱动器,作用是进步驱动才能,满足一定条件后,输出与输入相同,可停止数据单向传输,即单片机信号能够到驱动芯片,反过来不行。

    2、mos管h桥电机驱动电路图

    1) 典型mos管H桥直流电机控制电路

    电路得名于“H桥驱动电路”是由于它的外形酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(留意:图1及随后的两个图都只是表示图,而不是完好的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。

    如图所示,H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转,必需导通对角线上的一对三极管。依据不同三极管对的导通状况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。

    在这里插入图片描述

    要使电机运转,必需使对角线上的一对三极管导通。例如,如图2所示,当Q1管和Q4管导通时,电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机,然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机四周的箭头指示为顺时针方向)。

    在这里插入图片描述

    图3所示为另一对三极管Q2和Q3导通的状况,电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机四周的箭头表示为逆时针方向)。

    在这里插入图片描述

    2) 使能控制和方向逻辑

    驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通十分重要。假如三极管Q1和Q2同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因而电路上的电流就可能到达最大值(该电流仅受电源性能限制),以至烧坏三极管。基于上述缘由,在实践驱动电路中通常要用硬件电路便当地控制三极管的开关。

    改良电路在根本H桥电路的根底上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通讯号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门经过提供一种方向输人,能够保证任何时分在H桥的同侧腿上都只要一个三极管能导通。(与本节前面的表示图一样,图4所示也不是一个完好的电路图,特别是图中与门和三极管直接衔接是不能正常工作的)

    在这里插入图片描述

    采用以上办法,电机的运转就只需求用三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。假如DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1,那么三极管Q1和Q4导通,电流从左至右流经电机(如图5所示);假如DIR-L信号变为1,而DIR-R信号变为0,那么Q2和Q3将导通,电流则反向流过电机。

    在这里插入图片描述

    实践运用的时分,用分立元件制造H桥是很费事的,好在如今市面上有很多封装好的H桥集成电路,接上电源、电机和控制信号就能够运用了,在额定的电压和电流内运用十分便当牢靠。附两张分立元件的H桥驱动电路:

    在这里插入图片描述

    展开全文
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