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图腾柱电路解析整理
再谈图腾柱驱动电路(diànlù)之一、之二、之三汇总
(注:
根据(gēnjù)davida的建议,觉得还是(háishi)把这个三个帖子综合起来跟方便大家探讨。
)
一、驱动(qūdònɡ)电路之一
由于本人最近(zuìjìn)接触才saber,仿真能力有限,本想仿真,但实在是由于有关saber的基础东西还很多不会呢,所以只能请教大家了
1、问:
(1)在下面电路中,VCC的选择和哪些因素有关系?
VCC和后级的mos管的Vgs电压相等吗?
(2)NPN、PNP管子的选取的依据?
三极管的电流Ic要满足什么样的条件才能驱动后端的mos?
在下帖
15楼胡庄主曾提到“
1)首先要确定(quèdìng)的是你需要多少的驱动能力?
要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?
以MOSFET为例,驱动其实(qíshí)就是对MOS的门级电容的充放电,这就要考虑(kǎolǜ)你有几个MOS并联(bìnglián),门级电容有多大?
MOS的Rg有多大,加上驱动回路寄生电感(diànɡǎn)等,其实就是一个LRC串联回路。
2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。
这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。
3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。
”
针对上边的内容我有些疑问:
1、MOS属于单级型电压驱动器件,是栅极电压来控制漏极电流的,如果从表面理解的话,是不是只要保证栅极的电压达到Vgs就可以?
和电流没有关系?
?
2、MOS管的门极电容是怎么确定的?
是下图这些参数吗?
二、驱动电路之二
问:
1、图中的C18的作用(zuòyòng)?
二极管D是否有必要加?
要加的话(dehuà),起作用?
2、R15、R16加与不加(bùjiā)?
R15、R16在一般(yībān)电路中,是并接在mos的GS端,起消除(xiāochú)Cgs累计电荷的作用,防止mos处于开始处于导通或者状态不明确的情况。
在这里,采用了,脉变驱动。
变压器绕组可以起到放电作用,所以即使不加GS电阻,在驱动没有的情况下,管子也不会自己导通。
请有经验的朋友们,说下,在这个时候R15和R16加与不加?
影响如何?
三、驱动电路之三
问:
1、各电阻(diànzǔ)的作用?
D1、D2的作用(zuòyòng)?
2、Q1、Q3构成(gòuchéng)的图腾柱与Q2、Q4构成的图腾柱,为何相反?
为什么用两级?
难道(nándào)是为了增强驱动能力?
Q1、Q3的选择(xuǎnzé)和Q2、Q4的选择上是否不同?
三幅图中,第三图很完整,逻辑关系比较有意思,很有把玩趣味··第二幅图电路不是很齐全,让人像猜谜样猜,说话都得讲究个语境,看电路图不能就只给瞧某个单元模块,管中窥豹啊,楼主在搞非常6+1耶~
第一幅图画个等效电路出来不就明白VCC与Vg之间的关系麽,楼主·
楼主的电路分析有待加强,把《模电》,《电路》这两书来来回回翻看个五六七八遍,再回过头来分析这几幅图你就有自己(zìjǐ)的体会喇···
第一幅图,实际上不经过(jīngguò)等效电路就知道VCC应该(yīnggāi)和VGS差不多相等,但是(dànshì)仿真的时候就不一样了。
还有就是(jiùshì)虽然等效电路出来VCC≈VGS,但你给出的仿真结构却不是。
你可能没太注意,通道A、B的幅格大小是不一样的,一个是5V/Div,一个是2V/Div,实际上都是5V,和V1的大小相等,这个multisim仿真我也做过,但结果和你的一样,不过现在我知道这个图的原因所在了。
第二个图,实际上不需要完整的电路图,只是个图腾柱+脉变,只是有些疑问。
不过还是很感谢
嘿,我贴出的仿真图是想让你看:
输出波形(信号)与输入信号(激励源)同步且同相,A、B幅值不一样是爲了看得清楚些(好区分),至于输出幅值,它不仅受VCC影响,也受V1制约,因为并联的@#¥%~^*&-(此省略数十字符)……所以,第三幅图中,D2的作用就基本明朗了,D1你再推敲推敲也就差不多了,至于Q1~Q4,你明白它们的逻辑关系没有,明白了就知道它们不单是为了增强驱动能力而前后构造不一了~而而
不过经过仿真,实际上输出幅值基本上和VCC有关,和输入V1关系不大
我看了,saber中好像不用设置(shèzhì)吧,因为看它的模型就是7.5V的
你看看我的截图,在仿真(fǎnɡzhēn)中试一下就知道了嘛~
对第一点中的那个(nàge)问题也很感兴趣,MOS驱动应该(yīnggāi)是将驱动电压加在GS两端(liǎnɡduān),I=Cdu/dt,但是对于驱动端来说,能做的只是提供一个良好的脉冲波形和足够的“能力”,至于实际的驱动电流为多少,是驱动能定的吗?
很疑惑~
由于本人最近接触才saber,仿真能力有限,本想仿真,但实在是由于有关saber的基础东西还很多不会呢,所以只能请教大家了
1、问:
(1)在下面(xiàmian)电路中,VCC的选择(xuǎnzé)和哪些因素有关系?
VCC和后级的mos管的Vgs电压(diànyā)相等吗?
(2)NPN、PNP管子(guǎnzi)的选取的依据?
三极管的电流Ic要满足什么样的条件才能驱动(qūdònɡ)后端的mos?
在下帖
15楼胡庄主曾提到“
1)首先要确定的是你需要多少的驱动能力?
要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?
以MOSFET为例,驱动其实就是对MOS的门级电容的充放电,这就要考虑你有几个MOS并联,门级电容有多大?
MOS的Rg有多大,加上驱动回路寄生电感等,其实就是一个LRC串联回路。
2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。
这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。
3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。
”
针对上边的内容我有些疑问:
1、MOS属于单级型电压驱动器件,是栅极电压来控制漏极电流的,如果从表面理解的话,是不是只要保证栅极的电压达到Vgs就可以?
和电流没有关系?
?
2、MOS管的门极电容是怎么确定的?
是下图这些参数吗?
1,不同的NPN,PNP对管,能提供的驱动电流是不一样的。
2,Ciss=Cgs+Cgd
Coss=Cds+Cgd
Crss=Cgd
在计算(jìsuàn)栅极驱动电流时,要根据栅极电荷Qg来计算(jìsuàn)
1)VCC的选择(xuǎnzé)与MOS管的驱动(qūdònɡ)电压有关。
驱动电压比VCC低一个(yīɡè)BE的压降。
(2)三极管的电流要满足MOS管子的驱动速度
谢谢!
三极管的电流是不是要满足Igs啊?
还有MOS管的技术指标中有mos管的驱动速度?
?
?
三极管的电流怎样满足mos的驱动速度?
有没有相关的计算公式来方便选择三极管呢?
MOS管是电压控制不错,但电压是维持导通的条件,电流确实决定开启速度的条件,如果只有电压电流很小,那么MOS管栅极电容充电就比较慢,造成的结果就是开通速度减慢。
那怎么样选择我的NPN和PNP的管子呢
1、vcc的选择确实跟Vgs有关;
2、图腾驱动管子的选取依照正常的电压电流值,及其高频特性,电流一般都能满足,因为后接mos需要的电流很小。
1、vcc的选择确实跟Vds有关;
你这应该是笔误吧,Vgs吧
SORRY 纯属笔误
我用的图,是IGBT管,P沟场管更好,内阻小,我打算做摩托车稳压器,主要是串联在正极上用的
下面这张图,也在电源网找的,
回复6帖
我用494和P沟的做串联式稳压电源,P沟的管或者(huòzhě)IGBT要用600V20A以上(yǐshàng)的
这个电路看似简单,其实(qíshí)用起来要考虑的还比较多,简单谈谈个人的看法,先声明一下,只是随手总结,可能有不对或不足之处,
1)首先要确定的是你需要多少的驱动(qūdònɡ)能力?
要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?
以MOSFET为例,驱动其实(qíshí)就是对MOS的门级电容的充放电,这就要(jiùyào)考虑你有几个MOS并联(bìnglián),门级电容有多大?
MOS的Rg有多大,加上驱动回路寄生电感等,其实就是一个LRC串联回路。
2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。
这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。
3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。
4)这个时候再考虑的就是你PCB板layout的空间,位置,准备为这个电路花多少钱选器件,用MOS还是BJT,综合考虑,然后就想办法选器件吧,当然还要考虑IC的输出信号和你选的图腾柱器件(MOS或BJT)之间也是个回路,这会不会有问题?
5)另外要考虑的是,这个图腾柱能不能彻底关掉,这就又要考虑N在上还是P在上,正开还是负开,比如选用PMOS做关断,关断时图腾柱输出会仍有一个等于Vgs电压的电压加在你的负载MOS上,如果这个电压高于你的负载MOS门槛的话,----这就意味着你没关掉,虽然你前面关掉了。
更痛苦的是,前面和后面的MOS门槛电压tolerance都会非常大,再考虑到温度系数,......这要坐下来算算了
6)还要重点考虑的是图腾柱的器件也是要损耗功率的,所以(suǒyǐ)要考虑它的温度及功耗会不会有问题。
总之,具体用时要考虑的问题还真不少,单挑一个出来都非常简单,但加到一块,还真要(zhēnyào)花点时间研究计算一下。
因为是做产品,所有的规格参数,寄生参数,tolerance,温度(wēndù),cost,PCB空间等等等等,前前后后的一堆问题(wèntí)都得面对,不象写paper或仿真(fǎnɡzhēn),抓住一点,其它都可考虑为理想状态,这样当然很快可以推出理想的结果。
输出极采用一个上电阻接一个NPN型晶体管的集电极,这个管子的发射极接下面管子的集电极同时输出;下管的发射极接地.两管的基极分别接前级的控制.就是上下两个输出管,从直流角度看是串联,两管联接处为输出端.上管导通下管截止输出高电平,下管导通上管截止输出低电平,如果电路逻辑可以上下两管均截止则输出为高阻态.
其实也是用NPN和PNP管子的搭配使用,当上升沿的时候NPN工作打开,当下降沿的时候PNP工作关闭,依次循环。
不就是OUT高位时,上三极管导通,下三极管关断,Rgate接上Vdrv,MOS开通,
OUT低位时,反过来,Rgate接地,MOS关断。
按照你的说法那mosfet的驱动信号就是:
低电平0,高电平Vdrv?
可实际是低电平0,高电平Vout。
我讲的不严谨,只是个大概意思。
实际应该是Vout±Vbe,(忽略Rb上压降),不过Vbe在过程中,不是个定值
Rgate推动的可以看作是一个电容C,反复将它充放电。
上管:
最大充电电流(=Vout-Vbe)/Rgate,这也是三极管的最大电流,它的Vceo需要大於Vdrv,功耗最小等於(Vdrv-Vout-Vbe)*充电电流平均值
下管:
放电,计算类似。
图腾柱式的驱动方式,一方面增加了驱动能力,另一方面,当PWM的输出端为低的时候,下管为MOS的结电容提供放电回路。
如此而已,所以此种驱动方式在MOS管的驱动上面应用比较广,对了晶体管的驱动而已,没有任何优势
这个电路看似简单,其实用起来要考虑的还比较多,简单谈谈个人的看法,先声明一下,只是(zhǐshì)随手总结,可能有不对或不足之处,
1)首先要确定的是你需要多少的驱动(qūdònɡ)能力?
要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?
以MOSFET为例,驱动(qūdònɡ)其实就是对MOS的门级电容(diànróng)的充放电,这就要考虑你有几个MOS并联(bìnglián),门级电容有多大?
MOS的Rg有多大,加上驱动回路寄生电感等,其实就是一个LRC串联回路。
2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。
这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。
3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。
4)这个时候再考虑的就是你PCB板layout的空间,位置,准备为这个电路花多少钱选器件,用MOS还是BJT,综合考虑,然后就想办法选器件吧,当然还要考虑IC的输出信号和你选的图腾柱器件(MOS或BJT)之间也是个回路,这会不会有问题?
5)另外要考虑的是,这个图腾柱能不能彻底关掉,这就又要考虑N在上还是P在上,正开还是负开,比如选用PMOS做关断,关断时图腾柱输出会仍有一个等于Vgs电压的电压加在你的负载MOS上,如果这个电压高于你的负载MOS门槛的话,----这就意味着你没关掉,虽然你前面关掉了。
更痛苦的是,前面和后面的MOS门槛电压tolerance都会非常大,再考虑到温度系数,......这要坐下来算算了
6)还要重点考虑的是图腾柱的器件也是要损耗功率的,所以要考虑它的温度及功耗会不会有问题。
总之,具体用时要考虑的问题还真不少,单挑一个出来都非常简单,但加到一块,还真要花点时间研究计算一下。
因为是做产品,所有的规格参数,寄生参数,tolerance,温度,cost,PCB空间等等等等,前前后后的一堆问题都得面对,不象写paper或仿真,抓住一点,其它都可考虑为理想状态,这样当然很快可以推出理想的结果。
我看到有些(yǒuxiē)文章里算MOSFET大的驱动电流,是分3个阶段的,用各段的电荷量除以各段的时间(shíjiān),可以算出3个阶段所需要(xūyào)的驱动电流。
不知这样算可以吗?
图腾柱式驱动(qūdònɡ)比较难理解的是上桥臂的驱动,下桥臂的很好理解的吧!
比如IR2110,搞懂上管的驱动比较(bǐjiào)重要!
newrookies:
请问一下上面的那两个电压Ubias还有Udrv有什么作用。
如何设定它们的值
东方:
这个问题提得好!
Udrv是驱动电压;Ubias是偏置电压。
如何设定它们的值?
东方:
Udrv是驱动电压,要保证足够的电压驱动后级的MOS的管等负载。
当然也不能太高。
Ubias是偏置电压,它必须高于Udrv是驱动电压。
否则驱动电压就会电压不足。
greendot说:
不就是OUT高位时,上三极管导通,下三极管关断,Rgate接上Vdrv,MOS开通。
kolan不乐意了:
按照你的说法那mosfet的驱动信号就是:
高电平Vdrv?
可实际是高电平Vout。
greendot说:
我讲的不严谨,只是个大概意思。
实际应该是Vout±Vbe
他们讲的谁对?
东方:
原先是greendot说的对,后来想“严谨”一点,搞错了。
那kolan为什么错呢?
东方:
就是因为没有考虑newrookies的问题:
Udrv有什么作用?
newrookies:
怪我这个问题提得太晚了。
他们那档子事还是2008年的旧案。
想不到几年后有本网技工为他们翻案。
發個PSPICE分析(fēnxī)
详细(xiángxì)讲解MOSFET管驱动(qūdònɡ)电路
2008-10-1415:
16:
51 来源(láiyuán):
电源网
关键字:
MOSFET结构(jiégòu)开关(kāiguān)驱动电路
在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。
这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。
下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创。
包括MOS管的介绍,特性,驱动以及应用电路。
1,MOS管种类和结构
MOSFET管是FET的一种(yīzhǒnɡ)(另一种是JFET),可以被制造(zhìzào)成增强型或耗尽型,P沟道(ɡōudào)或N沟道(ɡōudào)共4种类型(lèixíng),但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。
至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。
对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小,且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。
下面的介绍中,也多以NMOS为主。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。
在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。
顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。
2,MOS管导通特性
导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
3,MOS开关管损失
不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。
选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。
现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。
MOS在导通和截止的时候,一定(yīdìng)不是在瞬间完成的。
MOS两端的电压有一个(yīɡè)下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关(kāiguān)损失。
通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。
缩短开关时间,可以(kěyǐ)减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。
这两种办法都可以减小开关损失。
4,MOS管驱动(qūdònɡ)
跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。
这个很容易做到,但是,我们还需要速度。
在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。
对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。
选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。
而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。
如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。
很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动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,导通电阻也越小。
现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了。
MOS管的驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs。
讲述得很详细,所以不打算多写了。
5,MOS管应用电路
MOS管最显著的特性是开关特性好,所以(suǒyǐ)被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源(diànyuán)和马达(mǎdá)驱动,也有照明调光。
现在(xiànzài)的MOS驱动,有几个特别(tèbié)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(shūchū)要求,而很多现成的MOS驱动(qūdònɡ)IC,似乎(sìhū)也没有包含gate电压限制(xiànzhì)的结构。
于是我设计了一个相对通用的电路来满足(mǎnzú)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(zhèlǐ)我只针对NMOS驱动电路做一个