新手使用MOS开关电路，一步一步的改进

只看该作者 · 2024-11-14 18:59

#申请原创#@21小跑堂

在学校学的最多的就是MOS管的控制电路，习题给出驱动电压，MOS的阈值电压，然后按照平方律关系的公式，就可以计算出MOS工作在饱和区的漏极电流。现在工程师出一个更简单的电路，直接控制一个MOS，来驱动一个2A的LED灯，并周期性的发光。
这题目出的简单，大学生很快的画出下面的原理图，说用信号发生器控制MOS管的栅极，频率可以按照要求随便设置，肯定符合要求的。

工程师看着这个电路，说这个也不是不行。但是有考虑过MOS开启过程的开关损耗吗。大学生说，这个课本上也没有让我计算的。工程师笑着说，那解下来，我给你分析把，首先，这个MOS管的阈值电压是2.9V，米勒平台电压是3.5V。而信号发生器的驱动电压用的5V，这就会导致MOS工作在饱和区时间比较长，通过仿真可以看到MOS工作在饱和区持续时间是240ns，开关损耗达到10W左右。

一般这种时候，需要做一下电平移位，利用电源VCC的电压。新增三极管控制电路，这样开启速度就变快了，提到39ns。那么是否这个电路就可以使用呢。显然也不可以，这个电路虽然开启速度快，但是Cgs电容放电速度慢，导致关闭慢。

所以要兼顾MOS的开启时刻和关断时刻，这个时候就需要使用推挽电路。改进的推挽电路，尽管在导通时刻的时间增长到112ns，不及上文的单MOS驱动电路。但是很好的平衡了MOS开通时刻和关断时刻的时间，从而使得MOS在整个开和关的周期，平均损耗低。这也是当前驱动MOS较常用的电路。

这个时候，大学生插入一句话，Q1和Q2的位置是否可以互换。毕竟Q1是NPN管，总会存在一个BE结的压降。导致MOS的栅极电压不可能达到20V。
工程师说，你观察的很仔细。但是不能调换，如果换成Q1是PNP三极管，Q2是NPN三极管，还是使用共同的MCU控制信号，那就容易发生Q1和Q2同时导通的风险，导致两个三极管烧毁。如果Q1和Q2分别使用不同的控制信号，那就可以调换，这从控制逻辑性上就增加了复杂性。
随后进一步改进，不使用推挽结构，使用下图的原理图，使用二极管D1取代推挽中的一个PNP三极管，对于电流比较大的OE输出(或者OC输出)后面加这个电路，比加NPN+PNP的两个三极管的推挽更好用。

这种电路的开关时间是90ns，稍微提升了一点。这种电路的工作原理是Q1和Q3是轮流导通。MCU控制信号为正的时候，Q3导通，因为二极管D1，Q1的基极电位比发射极电位低。Q1截止，MOS管M1的栅极的电位被钳位在0V左右， MCU控制信号为0或者负的时候，Q3截止，Q1的基极电位比发射极电位高一个BE结电压，就将D1反向截至，Q1导通，电源VCC电压通过Q1加到R1和M1的栅极。同时放电回路，经过二极管D1，到三极管Q3，相比推挽结构，放电速度也得到了保证。电路的二极管D1使用很巧妙。这种电路，在项目中还专门实测过，开关波形还不错，可以满足要求。这个电路用2个管子实现了电平转换+开关状态的双向有源驱动，实用性很强，现在很多芯片的输出极就是这种电路结构，当然输出极是推挽的也很常见。

讨论了这么几种驱动电路，从简单到复杂，在不同的场景都是可以应用的，是追求开关速度，降低损耗，还是考虑成本，控制逻辑的复杂性。工程应用中，需要在成本，性能，质量中取一个平衡，做一个相对平衡的产品才是对工程师最大的考验。

新手使用MOS开关电路，一步一步的改进

打赏榜单

相关下载

相关帖子