在了解5V单片机驱动(dòng)mos管电(diàn)路之前,先(xiān)了(le)解一(yī)下单片机驱动mos管电路图及原理,单片机驱动mos管(guǎn)电路主要根据MOS管要驱(qū)动什(shí)么东西,要只是一个继电器(qì)之类的小负载(zǎi)的(de)话直接用51的引脚驱动就(jiù)可以(yǐ),要注意电感类负载要加保护二极管和吸收缓冲(chōng),最(zuì)好(hǎo)用N沟道(dào)的MOS。
如(rú)果(guǒ)驱动的东西(功率)很大,(大电流、大电压(yā)的场(chǎng)合(hé)),最好要做电气隔离、过流超压保护、温度(dù)保护等……此(cǐ)时(shí)既要隔离传送控制信号(例如PWM信(xìn)号),也要给驱动级(jí)(MOS管的推动电路(lù))传(chuán)送电能。常用的信号传送有PC923 PC929 6N137 TL521等至于电能的传送(sòng)可(kě)以用DC-DC模(mó)块。如果是(shì)做(zuò)产品的话建(jiàn)议自(zì)己搞一(yī)个建议的DC-DC,这样可(kě)以降低成本。然后(hòu)MOS管有一种简单的驱动方式:2SC1815+2SA1015,NPN与PNP一个用于MOS开(kāi)启驱(qū)动(dòng),一个(gè)用于MOS快速关(guān)断。
图一:适合开(kāi)关(guān)频率不高的场(chǎng)合,一般低于2KHz。
其中R1=10K,R2、R3大小(xiǎo)由V+决定,V+越高,R2、R3越大(dà),以保证电阻及三极管功耗在允许(xǔ)范围,同时保证R2和R3的分压VPP=V+ 减10V,同(tóng)时V+不能大于40V。
补(bǔ)充:图二:适合高频(pín)大功率场合,到达100KHz没(méi)问题,同时可以并(bìng)联多个MOSFET-P管
R2、R3需要满足和图一一样的条件,其(qí)实(shí)就是(shì)图一加了级推(tuī)挽,这样就可(kě)以保证(zhèng)MOSFET管(guǎn)高(gāo)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(guān)特性。
另外(wài):MOSFET的栅极电容较大,在使用(yòng)的(de)时候应该把它当(dāng)成一个容抗负(fù)载(zǎi)来看。
MOS管(guǎn)驱动电路
在使(shǐ)用MOS管设计(jì)开关(guān)电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的(de)导(dǎo)通电阻,最大电(diàn)压等,最大(dà)电流等(děng),也有很多(duō)人仅仅考虑这些(xiē)因素。这样的电路(lù)也许是可(kě)以工(gōng)作的,但并不是优秀的,作为正(zhèng)式的产品设计也是(shì)不允许的。
MOS管(guǎn)导通(tōng)特性(xìng)
导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的(de)特性:Vgs大于一(yī)定的值就会(huì)导通,适合用(yòng)于源(yuán)极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可(kě)以了。PMOS的特(tè)性:Vgs小于一定的(de)值就会导(dǎo)通,适合用于源极接VCC时的(de)情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便(biàn)地用作高端驱动,但(dàn)由于导(dǎo)通电阻大,价格贵(guì),替换种类少等原(yuán)因,在(zài)高端(duān)驱动(dòng)中(zhōng),通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失
MOS管驱动电(diàn)路不管是NMOS还是PMOS,导通(tōng)后(hòu)都(dōu)有导通(tōng)电阻存在,这样电流就(jiù)会(huì)在这个电阻(zǔ)上消耗能量,这部分消耗的能(néng)量叫做导通损耗。选择导通(tōng)电阻小的MOS管会减小导通(tōng)损耗。现(xiàn)在的小(xiǎo)功率MOS管导通电(diàn)阻一般在几(jǐ)十毫欧左右,几毫(háo)欧的也有。
MOS在导通和截止的时(shí)候,一定不(bú)是在(zài)瞬间(jiān)完成的。MOS两端的电压有一个下(xià)降(jiàng)的(de)过程,流过的电流有一个上(shàng)升(shēng)的过程,在这(zhè)段时(shí)间内,MOS管(guǎn)的损失(shī)是电压和电流(liú)的乘(chéng)积,叫做(zuò)开关损失。通常开(kāi)关损失比导通损失大得多,而且开关频率(lǜ)越快,损失也越大。
导通(tōng)瞬间电(diàn)压和(hé)电(diàn)流的乘积很大(dà),造成的损失也就很大。缩短开关时间,可(kě)以减(jiǎn)小每(měi)次导通时的损失;降(jiàng)低开关频率(lǜ),可以减小(xiǎo)单位时间内的(de)开关次数。这两(liǎng)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(xū)要电流,只(zhī)要GS电(diàn)压高(gāo)于一定的值(zhí),就可以(yǐ)了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。在MOS管的(de)结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生(shēng)电容,而MOS管的驱动(dòng),实(shí)际上就是对(duì)电(diàn)容的充放电。对(duì)电容的充电需要一个电流,因(yīn)为对电(diàn)容充电瞬(shùn)间可以把电容看成短路,所以瞬(shùn)间电流会比较(jiào)大(dà)。选择/设计MOS管(guǎn)驱动时第一要注意的(de)是(shì)可提供(gòng)瞬(shùn)间短路电流的大小(xiǎo)。
MOS管(guǎn)驱动电路第(dì)二注意的是,普遍用于高端驱动(dòng)的NMOS,导(dǎo)通时需要是(shì)栅极电压(yā)大于源极电压。而高(gāo)端驱动的(de)MOS管(guǎn)导通时源极电(diàn)压(yā)与漏(lòu)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(gè)系统(tǒng)里,要得到比(bǐ)VCC大的电压,就要(yào)专门的(de)升压电路了。很多(duō)马达驱动器都集成了(le)电荷泵,要注意(yì)的是应该 选择合适的外接电容,以得到足(zú)够(gòu)的(de)短路(lù)电流去驱动(dòng)MOS管。
上(shàng)边说的4V或10V是常(cháng)用的MOS管的导通电压,设计时当然需要有(yǒu)一定的余量(liàng)。而且电压越高,导通速度越快,导(dǎo)通电(diàn)阻也越小。现在(zài)也有导通电压(yā)更小的(de)MOS管用在不同的领域里,但(dàn)在12V汽车电(diàn)子系统里,一般4V导通就够用了(le)。MOS管的驱动电路及其损(sǔn)失(shī),可以参(cān)考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers toMOSFETS。讲述(shù)得很(hěn)详细,所以不打算(suàn)多写了。
MOS管应用电(diàn)路(lù)
MOS管最显著的特(tè)性是开关特性好,所以(yǐ)被广泛应用在需要电子开关的电(diàn)路中,常见的(de)如开关电源(yuán)和马达(dá)驱(qū)动,也有照明(míng)调(diào)光。
二、现在的(de)MOS驱动,有几(jǐ)个特(tè)别(bié)的应用:
1、低压应用当使用(yòng)5V电源,由(yóu)于三(sān)极(jí)管的be有(yǒu)0.7V左右的压降,导致实际最终加(jiā)在gate上的电(diàn)压只(zhī)有(yǒu)4.3V。这时候,我(wǒ)们(men)选(xuǎn)用标称gate电压4.5V的MOS管就存(cún)在一(yī)定的风险。同样的(de)问(wèn)题也发生在使用3V或者其他低(dī)压电源的场合(hé)。
2、宽电(diàn)压应用输入电压并不是一(yī)个固定值,它会随着(zhe)时间或者(zhě)其他因素(sù)而变(biàn)动。这个变动导致(zhì)PWM电路提供给MOS管的驱(qū)动电压是不稳定的。为了让MOS管在高gate电压下安(ān)全,很多MOS管内置了(le)稳压管强行限制gate电压的幅值。在(zài)这种情况(kuàng)下,当提供(gòng)的(de)驱动电压超过稳压管的(de)电压,就会引起较大的静(jìng)态功(gōng)耗。同时,如(rú)果简单的(de)用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压(yā)比较(jiào)高的时候(hòu),MOS管工作(zuò)良好,而(ér)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(shuāng)电压应(yīng)用在一些控制电路中,逻辑部分(fèn)使用典型的5V或(huò)者3.3V数字电压,而功率部(bù)分使用(yòng)12V甚至更高(gāo)的电(diàn)压。两个电压采用共地方式(shì)连(lián)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(dī)压侧能(néng)够有(yǒu)效(xiào)的(de)控制(zhì)高压侧的MOS管,同时高压侧的(de)MOS管也同样会面对(duì)1和2中提(tí)到(dào)的问题。
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