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专业知识(shí)

单片机驱(qū)动mos管电(diàn)路图(tú)

在了解5V单片(piàn)机(jī)驱动(dòng)mos管电路之前,先了解一下单(dān)片机(jī)驱动mos管电路图(tú)及原(yuán)理,单片机驱动mos管电路主要根据MOS管要驱(qū)动什么东西,要(yào)只是一个(gè)继电器(qì)之类的小负载(zǎi)的话(huà)直接用51的引脚驱动就可以,要注意电感类(lèi)负载(zǎi)要加保护二(èr)极管和吸收缓冲,最好用(yòng)N沟道的MOS。

如果驱动的东西(功率)很大,(大电(diàn)流、大电压的(de)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(lì)如PWM信号(hào)),也要给驱动级(MOS管的(de)推动(dòng)电路)传送电(diàn)能(néng)。常用(yòng)的信号传送有PC923 PC929 6N137 TL521等至于电能的传送可(kě)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(chéng)本。然后(hòu)MOS管有一种简单的驱(qū)动方式:2SC1815+2SA1015,NPN与PNP一个用于MOS开(kāi)启驱动,一个用于MOS快速关断(duàn)。
图一:适合开(kāi)关频率不高的场合,一般低于2KHz。

其(qí)中R1=10K,R2、R3大小由(yóu)V+决定,V+越高,R2、R3越大(dà),以保证(zhèng)电阻及三极管功耗(hào)在允许范围,同(tóng)时(shí)保证R2和R3的分压VPP=V+ 减(jiǎn)10V,同时V+不能(néng)大于40V。

补充:图(tú)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(tú)一一(yī)样的条件(jiàn),其(qí)实就(jiù)是图一加了级(jí)推挽,这(zhè)样就(jiù)可以保证MOSFET管高速开关,上面6P小电容(róng)是发射结结(jié)电容(róng)补偿电容(róng),可以改善三极管高速开关特性。

另外:MOSFET的栅极电容较(jiào)大,在使(shǐ)用的时候应(yīng)该把(bǎ)它当成(chéng)一个容抗负载来看。

MOS管(guǎn)驱动(dòng)电路

在使用MOS管(guǎn)设(shè)计开(kāi)关电(diàn)源或者马(mǎ)达驱(qū)动(dòng)电(diàn)路的时候(hòu),大部分人都会考虑(lǜ)MOS的导通电阻,最大电(diàn)压等,最大电流(liú)等,也有很(hěn)多人仅仅考虑这些因素。这样的电(diàn)路也许(xǔ)是(shì)可(kě)以工作的,但(dàn)并不是优秀的,作(zuò)为正式的产(chǎn)品设计也是不允许的(de)。

MOS管导通特性

导通的意思是(shì)作为开关,相当于开关闭合。

NMOS的特性:Vgs大于一定的值(zhí)就会导通(tōng),适合用于源极接地时的情况(kuàng)(低端(duān)驱动(dòng)),只要栅极电(diàn)压达到4V或(huò)10V就(jiù)可以了(le)。PMOS的特性:Vgs小于一定的值就会(huì)导通,适合(hé)用于源(yuán)极接VCC时的(de)情况(高端驱动)。但是(shì),虽然PMOS可以很方便地用作(zuò)高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换(huàn)种类少等原(yuán)因,在高端(duān)驱动中,通常还是使用NMOS。

MOS开关管损失

MOS管驱动电路(lù)不管是NMOS还是(shì)PMOS,导通后(hòu)都(dōu)有导通电阻存在,这(zhè)样电流就会(huì)在这(zhè)个电阻上消耗能量,这部分消耗的(de)能量(liàng)叫做导通损耗。选择导通电阻小(xiǎo)的MOS管会(huì)减小导通(tōng)损耗。现在的(de)小功率MOS管导通(tōng)电(diàn)阻(zǔ)一般在几十毫欧左右,几(jǐ)毫欧的也有。

MOS在导(dǎo)通和截(jié)止的时候,一定(dìng)不是在瞬间完(wán)成的。MOS两端的(de)电压有一个下降的过程(chéng),流过的电流有一(yī)个上升的过程,在这段时间内(nèi),MOS管的损失(shī)是电压和(hé)电流的乘积,叫做开关损失。通常开(kāi)关损失比导通(tōng)损失大得(dé)多,而且开关频率(lǜ)越(yuè)快,损失也越大(dà)。

导通(tōng)瞬(shùn)间电(diàn)压和电流的乘积(jī)很大,造成的损失也就很大。缩短(duǎn)开关时(shí)间,可(kě)以减(jiǎn)小每次导(dǎo)通(tōng)时(shí)的损失;降(jiàng)低(dī)开关(guān)频率,可以减小单位时间内(nèi)的开关次(cì)数。这两种办法都可以减小开关损失。

MOS管驱(qū)动

跟双极性晶体(tǐ)管相比,一般认为使MOS管(guǎn)导通不需要电流,只要(yào)GS电(diàn)压(yā)高于一定的值,就可以了。这个很容易做到(dào),但(dàn)是,我们还(hái)需要速度。在MOS管的结构中可以看(kàn)到,在GS,GD之间(jiān)存在寄生电容,而(ér)MOS管的驱动,实(shí)际上就是对电容的充放电。对电容(róng)的充电需要(yào)一个电(diàn)流,因为(wéi)对电容(róng)充电瞬(shùn)间可以把电容(róng)看(kàn)成短路(lù),所以瞬间电流(liú)会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要(yào)注意的是可提供瞬(shùn)间(jiān)短路电流的大小。

MOS管驱动电路(lù)第二注(zhù)意(yì)的(de)是,普遍(biàn)用于高端驱动的NMOS,导通时需要是(shì)栅极(jí)电压大于(yú)源极电压(yā)。而高端驱动的MOS管导通(tōng)时源极电(diàn)压(yā)与漏极电压(yā)(VCC)相(xiàng)同,所以这时栅(shān)极电(diàn)压要(yào)比VCC大4V或10V。如果在同一(yī)个系统(tǒng)里,要得到(dào)比(bǐ)VCC大(dà)的电压,就要专(zhuān)门的(de)升压电路了。很多马达驱动(dòng)器都集成了(le)电荷泵,要(yào)注(zhù)意的是应该 选择合适的外(wài)接电容,以得到足够的短路电流去驱(qū)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(kuài),导通电(diàn)阻也越小。现在也有导通电(diàn)压更小的MOS管用在不同的(de)领(lǐng)域(yù)里,但在12V汽车电子系(xì)统里,一(yī)般4V导通就够用(yòng)了(le)。MOS管(guǎn)的(de)驱动电路及其(qí)损失,可以参考Microchip公(gōng)司(sī)的(de)AN799 Matching MOSFET Drivers toMOSFETS。讲(jiǎng)述得很详细,所以不打(dǎ)算多写(xiě)了。

MOS管(guǎn)应用电(diàn)路(lù)

MOS管最显著的特性是开(kāi)关特性好,所以被广泛应(yīng)用在需要电(diàn)子(zǐ)开关的电路中,常见的(de)如开关电(diàn)源和(hé)马达驱动,也(yě)有照明(míng)调光。

二、现(xiàn)在(zài)的MOS驱动,有几(jǐ)个特别的应(yīng)用:

1、低压应用当使用(yòng)5V电源,由于三极管(guǎn)的be有0.7V左右的压降,导(dǎo)致(zhì)实际最(zuì)终加在gate上的电压(yā)只有4.3V。这时候,我(wǒ)们选(xuǎn)用标称gate电压4.5V的MOS管(guǎn)就存在一定的风险。同样的问题也发生在使(shǐ)用3V或者(zhě)其他低压(yā)电(diàn)源的场合。

2、宽电压应(yīng)用(yòng)输入电压并不(bú)是一个固定值(zhí),它会(huì)随着时(shí)间或者其他因素而变动。这个变动导(dǎo)致(zhì)PWM电路提供(gòng)给MOS管的驱动(dòng)电压是不稳(wěn)定的。为了让(ràng)MOS管在高(gāo)gate电(diàn)压下(xià)安全,很多MOS管(guǎn)内置了稳(wěn)压管(guǎn)强(qiáng)行限制gate电压的幅值。在(zài)这种情况下,当提供的驱动电(diàn)压(yā)超过稳压管(guǎn)的电压(yā),就会引起较大的静态功耗。同时,如果简单的用电阻(zǔ)分压的原理(lǐ)降低gate电压(yā),就会出现输(shū)入电(diàn)压(yā)比较高的时候(hòu),MOS管工作良好,而输入(rù)电压(yā)降低的时(shí)候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功(gōng)耗。

3、双电压应(yīng)用在一些控制电(diàn)路(lù)中,逻辑(jí)部分使用(yòng)典型的(de)5V或者3.3V数字电压,而功率部(bù)分使用12V甚至更高的电压(yā)。两个(gè)电压采(cǎi)用共地方式连接。MOS管驱动电路。这就(jiù)提出一个要求,需要使用一个电路(lù),让(ràng)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(yàng)会(huì)面(miàn)对1和2中提到的问题。

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