图腾柱电路解析整理.docx

1、图腾柱电路解析整理再谈图腾柱驱动电路之一、之二、之三汇总（注：根据davida的建议，觉得还是把这个三个帖子综合起来跟方便大家探讨。）一、驱动电路之一 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

2、，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

3、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？二极管D是否有必要加？要加的话，起作用？ 2、R15、R16加与不加？ R15、R16在一般电路中，是并接在mos的GS端，起消除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

4、如何？三、驱动电路之三问：1、各电阻的作用？D1、D2的作用？ 2、Q1、Q3构成的图腾柱与Q2、Q4构成的图腾柱，为何相反？为什么用两级？难道是为了增强驱动能力？ Q1、Q3的选择和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的体会喇第一幅图，实际上不经过等效电路就知

5、道VCC应该和VGS差不多相等，但是仿真的时候就不一样了。还有就是虽然等效电路出来VCCVGS，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#￥%

6、*&-（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Q1Q4，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中好像不用设置吧，因为看它的模型就是7.5V的你看看我的截图，在仿真中试一下就知道了嘛对第一点中的那个问题也很感兴趣，MOS驱动应该是将驱动电压加在GS两端，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

7、，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

8、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，

9、不同的NPN,PNP对管，能提供的驱动电流是不一样的。2，Ciss=Cgs+CgdCoss=Cds+CgdCrss=Cgd在计算栅极驱动电流时，要根据栅极电荷Qg来计算1）VCC的选择与MOS管的驱动电压有关。驱动电压比VCC低一个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

10、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IGBT要用600V 20A以上的这个电路看似简单，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，只是随手总结，可能有不对或不足之处，1）

11、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

12、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toler

13、ance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。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.

14、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VoutVbe，(忽略Rb上压降)，不过Vbe在过程

15、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

16、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

17、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

18、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，可以算出3个阶段所需要的驱动电流。不知这样算可以吗？图腾柱式驱动比较难理

19、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

20、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VoutVbe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 分析详细讲解MOSFET管驱动电路 2008-10-14 15:16:51来源:电源网 关键字：MOSFET 结构 开关 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，

21、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（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，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

22、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。 N

23、MOS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，

24、一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，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 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

25、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

26、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AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。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，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。 现在的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

27、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

28、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。 于是我设计了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

29、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

30、，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。 在设计便携式设备和无线产品时，提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题。DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点，非常适用于为便携式设备供电。目前DC