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[DCDC] 这个MOS开关驱动电路有没问题

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| 2021-1-18 13:22 | 显示全部楼层
没问题:
Image_278.png

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| 2021-1-18 15:35 | 显示全部楼层
首先,驱动前为什么需要2级放大,是驱动芯片类型的极性限制?否则前级只需要一个NPN再接图腾柱就可以了嘛。几乎所有单片机驱动类型的PWM极性可以由程序设置。
真实的驱动,哪怕放大的PWM驱动信号必须同相,则实际线路也只需要3个管子组成即可: 裁剪.png
同极性PWM低阻抗驱动线路
注意一下:电阻的取值,严重失配的电阻,会造成管子过饱和,导致驱动波形最小占空比被限制而不能正常工作。在某些情况下,R69需要并联一个合适的加速电容用来对Q43退出饱和时间进行控制。

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 楼主 | 2021-1-18 16:52 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2021-1-18 15:35
首先,驱动前为什么需要2级放大,是驱动芯片类型的极性限制?否则前级只需要一个NPN再接图腾柱就可以了嘛。 ...

谢谢,是的,PWM输出除了驱动电感MOS,还要同步另外一组MOS,需要同向,所以要在图腾柱前面加反向

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 楼主 | 2021-1-18 17:50 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2021-1-18 15:35
首先,驱动前为什么需要2级放大,是驱动芯片类型的极性限制?否则前级只需要一个NPN再接图腾柱就可以了嘛。 ...

R71取 470R-510R,10-12V的驱动电压,这样驱动在这个电阻上的功耗约为200mW,这里有没办法把这个功耗降下来,后级功率不大的话,这个功耗测算太高。

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| 2021-1-18 21:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 zlf1208 于 2021-1-18 22:07 编辑
new1day 发表于 2021-1-18 17:50
R71取 470R-510R,10-12V的驱动电压,这样驱动在这个电阻上的功耗约为200mW,这里有没办法把这个功耗降下 ...

这里的MOS管驱动的前面二级采用了共射极开关电路,这种开关电路只能用在速度比较低的场合,因为共射极开关电路的开启(ON)速度较快而关闭(OFF)的速度很慢。关闭三极管的过程就是让三极管从饱和导通状态转换到截止状态,在这个过程中,CE极间的电容需要释放电荷,而此时三极管的发射结已经进入反偏状态,阻抗很高,释放电荷的速度就比较慢,导致关断时间变长,轻则影响输出信号的占空比,重则无法进入关闭而保持常开状态,严重影响电路的正常工作。作为一般的概念,板凳楼的电路,如果不采取特殊措施,其适用的开关频率不会超过100KHz。

作为学习的案例,我特意对板凳楼的电路做了仿真,一方面巩固以前获得的知识,另一方面也看看如何用简单的办法来改善电路的性能,以此与大家共同学习进步。

下面是仿真的原理图

3809060058f0e15dc2.png

下面是输入500KHz - 50%占空比信号的仿真结果,可以看到输出的占空比发生的极大的变化,因此此电路在500KHz下已无法正常工作
1385660058f7494813.png

下面的波形是接入D2的效果,改善还是很明显的,但是占空比的变形还是太大
41298600590137b8ea.png

下面的波形是接入D2D3的效果,应该是比较理想的结果,占空比接近50%
这个图贴错了,不能撤销,所以请跳过这个图

493756005907f59d62.png

接入D2D3的正确的仿真图,得到了比较理想的结果,占空比接近50%
48616005910bd8dd7.png

板凳楼tianxj01老师建议在他的电路的R69上并联电容可以改善输出波形,我做了仿真,效果非常有限,一方面这个电容的取值与上下二个电阻的值有关,另一方面,即使有改善,也只能改善第二个三极管的工作状态,无法改善第一个三极管的工作状态。

这里加入低正向压降的肖特基二极管来改善三极管的关断速度,其原理来自早期TTL内部电路的结构,目的是在导通时不让三极管进入深度饱和的状态,CB间储存的电荷就少,退出饱和的时间变短。因为本电路使用了二个共射极开关,所以在每个这样的开关上都需要接入肖特基二极管。

下面是1MHz信号的仿真波形,结果依然很不错
24457600594504e405.png

下面是断开D2D3后,1MHz输入信号的仿真结果,三极管已经无法关闭(OFF)了,可见D2D3确有奇效。
16065600594e8bfa25.png




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| 2021-1-19 09:50 | 显示全部楼层
new1day 发表于 2021-1-18 17:50
R71取 470R-510R,10-12V的驱动电压,这样驱动在这个电阻上的功耗约为200mW,这里有没办法把这个功耗降下 ...

如果功耗有较高要求,则直接使用同相驱动芯片效果就好得多。
国产的驱动芯片,0.4元以下,可以提供1.5A以上个推拉电流,互补MOS输出,还可以提供双路驱动,你一路就成了。速度可喜。很有性价比的。
肖特基抗饱和本身是一个成熟的手段,对于提高方波驱动是不错的选择,2级放大像这里R70、R69并联电容效果也是很可观的,胜在无源器件,性能稳定。500KHz以下不是问题。

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 楼主 | 2021-1-19 10:59 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2021-1-19 09:50
如果功耗有较高要求,则直接使用同相驱动芯片效果就好得多。
国产的驱动芯片,0.4元以下,可以提供1.5A以 ...

100KHz左右的频率,最好同时支持高边NMOS的,驱动IC有推荐吗

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| 2021-1-19 11:23 | 显示全部楼层
new1day 发表于 2021-1-19 10:59
100KHz左右的频率,最好同时支持高边NMOS的,驱动IC有推荐吗

EG2132..........

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 楼主 | 2021-1-19 17:25 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2021-1-19 09:50
如果功耗有较高要求,则直接使用同相驱动芯片效果就好得多。
国产的驱动芯片,0.4元以下,可以提供1.5A以 ...

MOS驱动电路3.png 用驱动IC还是无法满足一些要求,比如不共地的问题,做了这样的修正,

加了QT24和RC33 这样R71的功耗是不是就是栅极的放电了,
加了感觉画蛇添足,帮看看有没问题,谢谢。

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| 2021-1-19 17:38 | 显示全部楼层
new1day 发表于 2021-1-19 17:25
用驱动IC还是无法满足一些要求,比如不共地的问题,做了这样的修正,

加了QT24和RC33 这样R71的功耗是不是 ...

你这里只是单路,驱动芯片肯定可以完全满足,哪怕是典型的浮栅驱动芯片,用下管单路就成。
至于功耗,在速度和平衡性能综合而言,分离器件怎么都打不过驱动芯片的。
这个线路复合达林顿后,功耗是下来了,但是低电平性能劣化。

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| 2021-1-19 21:42 | 显示全部楼层
本帖最后由 zlf1208 于 2021-1-19 22:12 编辑
new1day 发表于 2021-1-19 17:25
用驱动IC还是无法满足一些要求,比如不共地的问题,做了这样的修正,

加了QT24和RC33 这样R71的功耗是不是 ...

我建议楼主使用驱动IC,如果您觉得一定要用分立电路,我重新做了仿真,在100KHz频率下,波形还是不错的,占空比非常接近50%,R4的功耗是原电路的三分之一,现在电路的低电平不到1V,再要降低功耗,低电平会继续抬高,对关断MOS管不利。注意:D2D3一定要用,否则波形很差的,不能满足您的要求。

739926006e2116a09d.png
下面是仿真波形
186166006e2334a339.png

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 楼主 | 2021-1-20 10:40 | 显示全部楼层
zlf1208 发表于 2021-1-19 21:42
我建议楼主使用驱动IC,如果您觉得一定要用分立电路,我重新做了仿真,在100KHz频率下,波形还是不错的, ...

谢谢,准备搭个样板验证一下这个分立元件的驱动

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 楼主 | 2021-1-24 19:36 | 显示全部楼层
zlf1208 发表于 2021-1-19 21:42
我建议楼主使用驱动IC,如果您觉得一定要用分立电路,我重新做了仿真,在100KHz频率下,波形还是不错的, ...

zlf1208
的建议 搭了一个电路测试了一下,R4用了510R的,输出没有接MOS,是接了一个10nf的电容。图1蓝色是输入,100Khz 80%的占空比,橙色是出来的,关断有变形,占空比也是变了。
图二是Q1 C极的波形,看来是Q1就变形了,是否与Q1管子不好有关,手头没有管子了,找了一个S9013。
另外发现把D3去掉之后根本就没有输出了,也可能是我哪里接错了。

这样的波形驱动MOS有没问题,关断损耗会占多少
pwm1.png 图1



pwm3.png

图2

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| 2021-1-24 20:19 | 显示全部楼层
本帖最后由 zlf1208 于 2021-1-24 20:30 编辑
new1day 发表于 2021-1-24 19:36
照zlf1208的建议 搭了一个电路测试了一下,R4用了510R的,输出没有接MOS,是接了一个10nf的 ...

有一个基本原则,仿真也好,搭实验电路也好,一定要用最终选定的器件型号和电路结构,否则结果会与设想的出现较大的偏差,就不容易解决问题。

这个电路存在一个缺陷,就是输出端的下降沿速度做不快,速度快了,功耗就会非常大(R4越小,下降沿越陡)。

前面做仿真,不知道你具体选用什么器件,特别是MOS管,它的特性非常关键,而你又一直没有给出明确的型号或要求,所以在仿真的时候就随便选了一个,也没有查datasheet。

10nF电容是比较大的,电路仿真的结果与你实际得到的差不多,然后我修改了参数,再仿真就好很多,但是功耗又增加了。下面是仿真的结果,再次强烈推荐你使用专用的驱动芯片,我认为驱动芯片能够满足你的要求,如果方便的话把你所详细要求或者电路图贴出来,我们可以进一步针对实际问题进行讨论。

这是把负载改为10nF的电路
77627600d65dbc537f.png
这是仿真的结果
61119600d660fa1b06.png
下面是把R3R4改为1K的电路
39947600d66aa514f4.png
下面是仿真结果
76278600d66cc7ec97.png
上升沿改善很多。用加速电容C1和D3的效果几乎相同(二者只要其一即可)。

至于下降沿的问题,应该与你用的S9013有关,要选电流放大倍数大的,最大电流也要大,否则下降沿会变差




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| 2021-1-24 20:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 zlf1208 于 2021-1-24 20:49 编辑
new1day 发表于 2021-1-24 19:36
照zlf1208的建议 搭了一个电路测试了一下,R4用了510R的,输出没有接MOS,是接了一个10nf的 ...

在原电路的基础上,把Q2改成达林顿管,上升沿就非常理想了,但是电路也越来越复杂了
55174600d6c2506397.png
56049600d6c38bf3db.png

一路仿真过来,你应该明白要驱动大功率的MOS管,关键是输出或灌入驱动电路的电流一定要大,开关的上升沿和下降沿才会陡峭。

用专门的驱动IC吧

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| 2021-1-24 20:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 zlf1208 于 2021-1-24 20:56 编辑
zlf1208 发表于 2021-1-24 20:45
在原电路的基础上,把Q2改成达林顿管,上升沿就非常理想了,但是电路也越来越复杂了

电路中R4是个矛盾体,要下降沿陡峭,R4 要小,而R4小,上升沿的时候Q2的负载就大,被R4分走的电流就多,Q2需要更大的驱动能力,而这一切的结果就是电路的功耗非常大。

我把仿真电路给你,会用的话,自己可以试试。

MOS驱动电路.rar

106.24 KB, 下载次数: 4

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| 2021-1-25 19:27 | 显示全部楼层
路过的我也来进来学习一下。非常不错的讨论题,学习了。

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| 2021-1-25 21:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 zlf1208 于 2021-1-25 21:43 编辑
new1day 发表于 2021-1-24 19:36
照zlf1208的建议 搭了一个电路测试了一下,R4用了510R的,输出没有接MOS,是接了一个10nf的 ...

今天又仔细仿真了一下,最终确定三极管搭建的MOS管驱动电路只能驱动小功率的MOS管,从下面的贴图可以看到流过Q4的瞬态电流达到1.4A,才能得到陡峭的上升沿,这在小功率三极管是做不到的。前面的仿真都只关心边沿而没有注意到每个三极管的工作状态,所以你搭建的实验电路没有得到好的结果。

5681600eca8be09c8.png

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| 2021-2-24 10:18 | 显示全部楼层
评论占个坑,我也好好学习,加油!

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