答案是可以的!具体请参考如下分析:
不过MOS驱动,有几个特别的需求
1,低压应用
当使用5V电源,这时候如果使用传统的图腾柱结构,由于三极管的be有0.7V左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。这时候,我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。
同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合。
2,宽电压应用
输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动。这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。
为了让MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引起较大的静态功耗。
同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而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,双电压应用
在一些控制电路中,逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。
这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管,同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。
在这三种情况下,图腾柱结构无法满足输出要求,而很多现成的MOS驱动IC,似乎也没有包含gate电压限制的结构。
下面这个设计是一个相对通用的电路来满足这三种需求。
电路图如下:
图1 用于NMOS的驱动电路
图2 用于PMOS的驱动电路
这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析:
Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh。
Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。
R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。
Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V的Vce。
R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把gate电压限制在一个有限的数值。这个数值可以通过R5和R6来调节。
最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的时候可以在R4上面并联加速电容。
这个电路提供了如下的特性:
1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管。
2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。
3,gate电压的峰值限制
4,输入和输出的电流限制
5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗。
6,PWM信号反相。NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。
用三极管可以直接驱动MOS场效应管吗?回答是:可以直接驱动。由于MOS场效应管是一种电压驱动器件,要想使其充分导通,要求其栅极驱动电压的幅度要足够大,而一些低压IC电路(譬如3.3V供电的单片机电路)输出幅度较小,直接用来驱动MOS场效应管,根本无法使管子完全导通。为解决此问题,常加一级双极型三极管驱动电路来驱动MOS场效应管,其电路如下图所示。
上图中,VT1为NPN型三极管,其基极输入信号的幅度只有5V,而MOS场效应管VT2的开启电压较高,要想使其充分导通,其栅极驱动电压一般要求≥10V。为了能驱动MOS场效应管导通,电路中加了一级三极管电路,当VT1基极为5V高电平时,VT1导通,VT2截止;当VT1基极为低电平0V时,VT1截止,其集电极的10V电压(Rc上的压降几乎为零,可以忽略不计)直接加至VT2的G极(即栅极),这样便可以使VT2获得足够的栅极电压而导通。
在用三极管驱动MOS场效应管时,需要注意MOS场效应管栅极所接电阻(即上图中的Rc)的取值。若MOS场效应管的开关速度很低,此时Rc可以选用上百KΩ的电阻,这样可以减小驱动电路的耗电。若MOS场效应管工作于高速开关状态,此时Rc不宜取值过大,否则MOS场效应管栅源电容充放电的时间较长,会影响MOS场效应管的开关速度,此时Rc一般选用几KΩ的电阻。
MOS管导通后内阻很小,非常适用于功率负载的驱动,电动工具驱动,开关电源、DC-DC应用都可以看到MOS管的身影。MOS管是电压驱动型器件,设计MOS管驱动电路时,需要注意MOS管的门极开启电压(Vgs)
MOS管的门极开启电压(Vgs)是什么?门极开启电压(Gate Threshold Voltage)Vgs是MOS管的重要参数,给门极提供的电压需要大于此电压才可以MOS正常导通工作。给MOS管门极施加的电压不同,导通时的内阻也是不同的。门极导通电压不足会导致MOS发热量增加。
在设计MOS管驱动电路时,一定要设置合理的门极开启电压(Gate Threshold Voltage)Vgs。
MOS管驱动电路设计MCU的工作电压一般是3.3V或者5V,GPIO提供的电压可能不足以驱动MOS导通。驱动工作电压和工作电流较大的MOS管时,我们一般会加入三极管,加入加三极管驱动后,MOS的门极开启电压由三极管的集电极(C)提供。在开关速度较高的应用场合,可以考虑减少MOS门极限流电阻,减少门极的充电时间,加快MOS的导通速度。
MOS导通后的内阻虽然很小,但负载功率较大时,发热是非常厉害的,需要及时把热量散走,在功率较大的应用,可以给MOS管安装散热器
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