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  • 2014-03-06 23:22:46
    
    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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    在了解5V单片机驱动mos管电路之前,先了解一下单片机驱动mos管电路图及原理,单片机驱动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的小负载的话直接用51的引脚驱动就可以,要注意电感类负载要加保护二极管和吸收缓冲,最好用N沟道的MOS。

    如果驱动的东西(功率)很大,(大电流、大电压的场合),最好要做电气隔离、过流超压保护、温度保护等……此时既要隔离传送控制信号(例如PWM信号),也要给驱动级(MOS管的推动电路)传送电能。常用的信号传送有PC923 PC929 6N137 TL521等至于电能的传送可以用DC-DC模块。如果是做产品的话建议自己搞一个建议的DC-DC,这样可以降低成本。然后MOS管有一种简单的驱动方式:2SC1815+2SA1015,NPN与PNP一个用于MOS开启驱动,一个用于MOS快速关断。

    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。

    MOS管驱动电路

    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。

    MOS管导通特性

    导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

    NMOS的特性:Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

    PMOS的特性:Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

    MOS开关管损失

    MOS管驱动电路不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。

    MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大。

    导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,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小开关损失。

    MOS管驱动

    跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

    MOS管驱动电路第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该 选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

    上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了。MOS管的驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers toMOSFETS。讲述得很详细,所以不打算多写了。

    MOS管应用电路

    MOS管最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。

    二、现在的MOS驱动,有几个特别的应用:

    1、低压应用

    当使用5V电源,由于三极管的be有0.7V左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。这时候,我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。同样的问题也发生在使用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他因素而变动。这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。

    为了让MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引起较大的静态功耗。

    同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压降低的时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗。

    3、双电压应用

    在一些控制电路中,逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。MOS管驱动电路。这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管,同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。

    【学习资料分享】下方给大家分享一些单片机学习资料:

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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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  • 本文主要讲了一下MOS驱动电阻如何选择,希望对你的学习有所帮助。
  • MOS管的驱动电路

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    MOS管的驱动电路一、驱动电路的介绍二、mos...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

    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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