在了(le)解5V单片(piàn)机驱动mos管电路之前(qián),先了解一下单片(piàn)机驱动(dòng)mos管电路图(tú)及原理,单片机(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的小负(fù)载(zǎi)的(de)话直接用51的引(yǐn)脚驱动就可以,要(yào)注意电感类负载要加(jiā)保护(hù)二极管和(hé)吸(xī)收缓冲,最好(hǎo)用N沟道的MOS。
如(rú)果驱(qū)动(dòng)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(chāo)压保(bǎo)护、温度保护等……此时既要隔(gé)离传送控制信号(例如PWM信(xìn)号),也要给驱动级(MOS管的推(tuī)动电路)传送电能。常用的信号传送有PC923 PC929 6N137 TL521等(děng)至于电(diàn)能的传(chuán)送可以用DC-DC模(mó)块。如果是做产品的话建议自(zì)己搞一个建议(yì)的(de)DC-DC,这样(yàng)可(kě)以(yǐ)降(jiàng)低成(chéng)本。然后MOS管有一种简单(dān)的驱动方式:2SC1815+2SA1015,NPN与(yǔ)PNP一个用于MOS开启驱动,一个用于MOS快速关断。
图(tú)一:适合开关频率不高的场合,一般低于2KHz。
其中(zhōng)R1=10K,R2、R3大小由V+决定,V+越高,R2、R3越大,以保证电阻及三(sān)极管功耗在(zài)允许范(fàn)围,同(tóng)时保证R2和(hé)R3的分压VPP=V+ 减10V,同时V+不能大(dà)于(yú)40V。
补充:图二:适合高频大功率场合,到达100KHz没问题(tí),同时可以(yǐ)并联多个MOSFET-P管(guǎn)
R2、R3需要(yào)满(mǎn)足(zú)和图(tú)一一样(yàng)的条件,其(qí)实(shí)就是图一加了级推挽(wǎn),这样就可以保证MOSFET管高速开关,上面6P小电容(róng)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(lìng)外:MOSFET的栅(shān)极电容较大,在使用(yòng)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(shǐ)用MOS管(guǎn)设计开关电源或者马达驱动电路的时(shí)候,大部分人(rén)都会(huì)考虑MOS的导通电阻,最(zuì)大电压等,最大电流等,也(yě)有很多(duō)人仅仅(jǐn)考(kǎo)虑这些因素(sù)。这(zhè)样的电路也(yě)许(xǔ)是可以工作(zuò)的,但并不是优秀的,作为(wéi)正式(shì)的产(chǎn)品设计也是不允许(xǔ)的。
MOS管导通特性
导(dǎo)通的意思(sī)是作为开关,相当于开关闭(bì)合。
NMOS的特性:Vgs大于(yú)一定的值就会(huì)导通,适(shì)合用(yòng)于(yú)源极接地(dì)时的情况(kuàng)(低端驱动),只(zhī)要栅(shān)极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的(de)特性:Vgs小于一定的值就(jiù)会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端(duān)驱动)。但是(shì),虽然PMOS可以很方便地(dì)用作高端驱(qū)动(dòng),但由(yóu)于导通电阻大,价格贵,替换(huàn)种类少等原因(yīn),在高端驱动中,通常还是(shì)使用NMOS。
MOS开(kāi)关管损失
MOS管驱动电路不管是NMOS还是(shì)PMOS,导通后都有导通电阻存在(zài),这样电流就会在这(zhè)个电(diàn)阻上消耗能量,这部分(fèn)消耗的能量叫做导通损耗。选择(zé)导通电阻小(xiǎo)的(de)MOS管会减小导通损(sǔn)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(dìng)不是在瞬间完成的(de)。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过程,在(zài)这段时(shí)间(jiān)内(nèi),MOS管的损失是电压和(hé)电流的乘(chéng)积,叫做开关损失。通常(cháng)开关损失比导通损失(shī)大得(dé)多,而且开关频(pín)率越快,损失(shī)也越大。
导通瞬间电压和电流(liú)的乘积很大(dà),造成(chéng)的损失(shī)也就(jiù)很大。缩短开关时(shí)间,可以减小每次导通(tōng)时(shí)的损失;降低开关频(pín)率,可(kě)以减小单位时间内(nèi)的开关(guān)次(cì)数。这(zhè)两种办法(fǎ)都可(kě)以(yǐ)减小开关损失。
MOS管驱(qū)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(liú),只要(yào)GS电(diàn)压高于一定的值,就可以了。这个(gè)很容易做到(dào),但是(shì),我们还(hái)需要速(sù)度。在MOS管的结(jié)构中可以看到(dào),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(róng)的充放电。对(duì)电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可(kě)以(yǐ)把电(diàn)容(róng)看成(chéng)短路,所以瞬间电流会比(bǐ)较(jiào)大(dà)。选择/设计MOS管驱动时(shí)第一要注意的是可提(tí)供瞬间短路(lù)电流的大小(xiǎo)。
MOS管驱动(dòng)电路(lù)第二(èr)注(zhù)意的(de)是,普遍用于高端(duān)驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱(qū)动(dòng)的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相(xiàng)同,所以(yǐ)这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果(guǒ)在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专(zhuān)门的升(shēng)压电路(lù)了。很多马达驱动器都集(jí)成了电荷(hé)泵,要注(zhù)意(yì)的是应该(gāi) 选择合适(shì)的外接电容(róng),以得到足够的(de)短路(lù)电流(liú)去驱动MOS管。
上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压(yā),设计时(shí)当然需要有一定的(de)余量。而且电压越高,导通速度越快(kuài),导通电阻也越小(xiǎo)。现在也有导通电(diàn)压更小的MOS管用在不同的领域里(lǐ),但在12V汽车电(diàn)子系统里(lǐ),一般4V导通(tōng)就够用了(le)。MOS管的驱(qū)动(dòng)电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers toMOSFETS。讲述得很详(xiáng)细(xì),所(suǒ)以不打算多(duō)写了。
MOS管应用电路
MOS管最显著的特性(xìng)是开(kāi)关(guān)特性好,所以(yǐ)被广泛应(yīng)用在需要电子开(kāi)关的(de)电路中,常见的(de)如开关(guān)电源和(hé)马达驱动(dòng),也有照明调(diào)光。
二、现在的MOS驱动,有几个特别的应用:
1、低压应用当使用5V电源,由于三极管的be有0.7V左右(yòu)的(de)压(yā)降(jiàng),导致实际最终加在gate上的电压(yā)只有(yǒu)4.3V。这时候,我(wǒ)们选用(yòng)标称(chēng)gate电压4.5V的MOS管就(jiù)存在一(yī)定的风险。同样的(de)问题也发生在(zài)使用3V或者其他低压电源的场合。
2、宽电压应用输入电(diàn)压并不是一个固定值(zhí),它会随着时(shí)间或者其他因(yīn)素而变动。这个变动导致PWM电路(lù)提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。为了让MOS管在高(gāo)gate电(diàn)压下安全,很多(duō)MOS管内置(zhì)了稳压(yā)管强(qiáng)行限制gate电压的幅值。在这种情况下(xià),当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引(yǐn)起较大的静态(tài)功耗(hào)。同时,如果简单的(de)用电阻分(fèn)压的原理降低gate电压,就会(huì)出现输(shū)入电压(yā)比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压(yā)降低的时候gate电压不足,引起导通(tōng)不够彻底,从(cóng)而增(zēng)加功耗。
3、双(shuāng)电压应用在一(yī)些(xiē)控制电路中(zhōng),逻辑部分使用典型的5V或(huò)者3.3V数字电压(yā),而(ér)功率部分使用12V甚至更(gèng)高的电压。两个电压采用共地方式连接。MOS管驱动电路(lù)。这就(jiù)提出一个要求,需要使用(yòng)一(yī)个电路(lù),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(tóng)样会面对1和2中(zhōng)提到的问题。
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