图腾柱电路解析整理.docx

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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