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單片機(jī)驅(qū)動MOS管電路圖工作原理及解決開關(guān)速度詳解-KIA MOS管

信息來源：本站　日期：2018-08-17　

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單片機(jī)驅(qū)動mos管電路解析

MOS管驅(qū)動電路

在使用MOS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動電路的時(shí)候，大部分人都會考慮MOS的導(dǎo)通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但并不是優(yōu)秀的，作為正式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是不允許的。

MOS管導(dǎo)通特性

導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動中，通常還是使用NMOS。

MOS開關(guān)管損失

MOS管驅(qū)動電路不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。

MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過程，流過的電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。

導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大?？s短開關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。

MOS管驅(qū)動

跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動，實(shí)際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷﹄娙莩潆娝查g可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。

MOS管驅(qū)動電路第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí) 柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動MOS管。

上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小?，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，一般4V導(dǎo)通就夠用了。MOS管的驅(qū)動電路及其損失，可以參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETS。講述得很詳細(xì)，所以不打算多寫了。

MOS管應(yīng)用電路

MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動，也有照明調(diào)光。

二、現(xiàn)在的MOS驅(qū)動，有幾個(gè)特別的應(yīng)用

1、低壓應(yīng)用

當(dāng)使用5V電源，這時(shí)候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu)，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導(dǎo)致實(shí)際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時(shí)候，我們選用標(biāo)稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

2、寬電壓應(yīng)用

輸入電壓并不是一個(gè)固定值，它會隨著時(shí)間或者其他因素而變動。這個(gè)變動導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動電壓是不穩(wěn)定的。

為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當(dāng)提供的驅(qū)動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會引起較大的靜態(tài)功耗。

同時(shí)，如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足，引起導(dǎo)通不夠徹底，從而增加功耗。

3、雙電壓應(yīng)用

在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。MOS管驅(qū)動電路

這就提出一個(gè)要求，需要使用一個(gè)電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。

在這三種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。

單片機(jī)驅(qū)動mos管電路圖

單片機(jī)驅(qū)動mos管電路主要根據(jù)MOS管要驅(qū)動什么東西，要只是一個(gè)繼電器之類的小負(fù)載的話直接用51的引腳驅(qū)動就可以，要注意電感類負(fù)載要加保護(hù)二極管和吸收緩沖，最好用N溝道的MOS。

如果驅(qū)動的東西（功率）很大，（大電流、大電壓的場合），最好要做電氣隔離、過流超壓保護(hù)、溫度保護(hù)等~~ 此時(shí)既要隔離傳送控制信號（例如PWM信號），也要給驅(qū)動級（MOS管的推動電路）傳送電能。常用的信號傳送有PC923 PC929 6N137 TL521等至于電能的傳送可以用DC-DC模塊。如果是做產(chǎn)品的話建議自己搞一個(gè)建議的DC-DC，這樣可以降低成本。然后MOS管有一種簡單的驅(qū)動方式:2SC1815+2SA1015，NPN與PNP一個(gè)用于MOS開啟驅(qū)動，一個(gè)用于MOS快速關(guān)斷。