驅動電路mosfet

A. 如何選擇最適合的MOS管驅動電路

1、管種類和結構

MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，可以被製造成增強型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。

至於為什麼不使用耗盡型的MOS管，不建議刨根問底。

對於這兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小，且容易製造。所以開關電源和馬達驅動的應用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。

MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由於製造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，後邊再詳細介紹。

在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極體。這個叫體二極體，在驅動感性負載(如馬達)，這個二極體很重要。順便說一句，體二極體只在單個的MOS管中存在，在集成電路晶元內部通常是沒有的。

2、MOS管導通特性

導通的意思是作為開關，相當於開關閉合。

NMOS的特性，Vgs大於一定的值就會導通，適合用於源極接地時的情況(低端驅動)，只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小於一定的值就會導通，適合用於源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由於導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。

3、MOS開關管損失

不管是NMOS還是PMOS，導通後都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。

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

導通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。縮短開關時間，可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率，可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。

4、MOS管驅動

跟雙極性晶體管相比，一般認為使MOS管導通不需要電流，只要GS電壓高於一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。

在MOS管的結構中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。

第二注意的是，普遍用於高端驅動的NMOS，導通時需要是柵極電壓大於源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵，要注意的是應該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。

上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓，設計時當然需要有一定的餘量。而且電壓越高，導通速度越快，導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領域里，但在12V汽車電子系統里，一般4V導通就夠用了。

MOS管的驅動電路及其損失，可以參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。講述得很詳細，所以不打算多寫了。

5、MOS管應用電路

MOS管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中，常見的如開關電源和馬達驅動。

5種常用開關電源MOSFET驅動電路解析

在使用MOSFET設計開關電源時，大部分人都會考慮MOSFET的導通電阻、最大電壓、最大電流。但很多時候也僅僅考慮了這些因素，這樣的電路也許可以正常工作，但並不是一個好的設計方案。更細致的，MOSFET還應考慮本身寄生的參數。對一個確定的MOSFET，其驅動電路，驅動腳輸出的峰值電流，上升速率等，都會影響MOSFET的開關性能。

當電源IC與MOS管選定之後， 選擇合適的驅動電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。

一個好的MOSFET驅動電路有以下幾點要求：

(1)開關管開通瞬時，驅動電路應能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值，保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振盪。

(2)開關導通期間驅動電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩定且可靠導通。

(3)關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放，保證開關管能快速關斷。

(4)驅動電路結構簡單可靠、損耗小。

(5)根據情況施加隔離。

B. 開關電源的驅動電路該怎麼選擇或設計

一、降壓式DC-DC開關電源

降壓式DC-DC開關電源通常使用MOSFET管作為開關元件來實現升壓、降壓或反相等功能。其驅動電路的主要目的是為了控制MOSFET的開關狀態，從而保證慶梁DC-DC開關電源的輸出電壓穩定，效率高。

下面是一些選擇或設計降壓式DC-DC開關電源驅動電路的建議：

• MOSFET管的選擇

選擇合適的MOSFET管對於驅動電路的設計至關重要。應選擇具有低導通電阻、低反向恢復電荷和高開關速度的MOSFET管。此外，還應選擇合適的電壓和電流容量，以適應實際應用的需求。

• 驅動電路IC的選擇

驅動電路IC負責控制MOSFET管的開關狀態。選擇合適的驅動電路IC可以提高系統的穩定性和效率。常見的驅動電路IC包括IR2110、TC4420、MIC5019等。

• 驅動電路電源的設計

驅動電路需要一個穩定的電源來提供能量。應選擇低雜訊的電源，以避免雜訊影響電路的性能。一種常見的解決方案是使用電感器和電容器來濾波，以獲得穩定的直流電源。

• 驅動信號的設計

驅動電路需要一個合適的控制信號來控制MOSFET管的開關狀態。通常使用PWM信號來控制MOSFET管的開關頻率和占空比。應選擇合適的PWM控制器，以滿足實際應用的要求。

• 保護電路的設計

保護電路可以保護DC-DC開關電源免受過壓、欠壓、過流和過溫等故障的影響。應考慮設計過壓保護、欠壓保護、過流保護和過溫保護等保護電路。

總之，設計或選擇降壓式DC-DC開關電源驅動電路需要考慮多個因裂歷素，包括MOSFET管、驅動電路IC、驅動電路電源、驅動信號和保護電路等。正確選擇或設計驅動電路可以提高系統的穩定性和效率，從而實現DC-DC開關電源的優化控制。

二、舉例說明

以下是一個簡單的降壓式DC-DC開關電源的驅動電路：

該驅動電路採用IR2110驅動晶元來控制MOSFET管的開關狀態，實現電源輸出電壓的穩定調節。該電路的基本原理是，在輸入電源的直流電壓作為主電源的基礎上，通過MOSFET管和電感器等元件，將電源的輸出電壓轉換為需要的降壓電壓。

具體來說，IR2110驅動晶元採用了雙路驅動輸出，其中一路用於控制MOSFET管的導通，另一路用於控制MOSFET管的關斷。驅動晶元的輸入端接受PWM信號，並通過內部電路將信號轉換為MOSFET管的驅動信號。此外，該電路還採用了電感器和電容器等元件來濾波，以獲得穩定的輸出電壓。

總之，降壓式DC-DC開關電源的驅動電路是一個復雜的系統，需要仔細設計和精心調整。上述例子僅僅是一個簡單的示例，實際應用中的驅動電路需要根據具體的應用場景進行選擇或設計。

三、電路設計思路

向您描述該電路圖的基本組成部分，以幫助您更好地理解。

降壓式DC-DC開關電源的驅動電路通常由以下幾部分組成：

• 電源輸入部分：包括直流電源輸入和濾波器，用於提供驅動電路所需的穩定直流電源。濾波器一般由電感和電容構成，用於平滑電源輸入電壓的波動。

• 驅動晶元：負責產生PWM信號並控制MOSFET管的開關狀態。常用的驅動晶元有IR2110、LM5113等。

• MOSFET管：是實現開關電路的核心元件，通過PWM信號控制其開關狀態，從而調節輸出電壓。

• 輸出濾波器：由電感和電容器構成，用於平滑輸出電壓的波動。

• 負載：即需要穩定輸出電壓的設備或電路。

以上就是降壓式DC-DC開關電源的驅動電路的基本組成部分。在實際設計中，還需要考慮到各種參數的選擇和調節，以保證電源的穩定輸出。

四、基於Lua語言的降壓式DC-DC開關電源驅動電路的實現思路

假設我們需要實現一個基於Lua語言的降壓式DC-DC開關電源，可以按照以下步驟進行：

• 1、定義驅動晶元的引腳及控制參數。例如，我們可以使用GPIO口控制驅動晶元的開關狀態，並定義PWM頻率和占空比等參數。

• 2、初始化GPIO口和PWM模塊。在Lua中譽源運，可以使用類似於以下代碼的方式來初始化GPIO口和PWM模塊：

gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT)

pwm.setup(channel, frequency, ty)

pwm.start(channel)

其中，pin是GPIO口的編號，channel是PWM模塊的通道號，frequency是PWM信號的頻率，ty是占空比。需要根據具體情況進行參數配置。

• 3、定義MOSFET管的開關狀態。在Lua中，可以使用以下代碼來實現：

gpio.write(pin, gpio.HIGH)

tmr.delay(time)

gpio.write(pin, gpio.LOW)

其中，pin是MOSFET管的控制引腳，time是開關時間。需要根據具體情況進行參數配置。

• 4、定義輸出濾波器的電路參數。例如，我們可以使用以下代碼來實現電感器和電容器的濾波：

local inctor = 10 -- 電感器值，單位為μH

local capacitor = 100 -- 電容器值，單位為μF

local output_voltage = 0 -- 輸出電壓，初始值為0

function filter(output)

output_voltage = (output_voltage + output) / 2

local current = (output_voltage / inctor) * (1 / frequency)

local voltage = current * resistance

local delta_v = (voltage - output_voltage) / capacitor

output_voltage = output_voltage + delta_v

return output_voltage

end

其中，inctor和capacitor分別是電感器和電容器的參數值，output_voltage是輸出電壓的初始值，frequency是PWM信號的頻率，resistance是輸出負載的電阻。在filter函數中，首先通過計算得到電感器的電流和電容器的電壓，然後通過差分方程來計算輸出電壓的變化。

需要注意的是，上述代碼只是一個簡單的示例，實際應用中需要根據具體情況進行參數調整和錯誤處理，以確保電源的正常工作。同時，由於Lua語言的局限性，建議使用更加專業的開發語言和工具進行實現。

五、基於Lua語言的LM2675-5.0晶元驅動的降壓式DC-DC開關電源的示例：

-- LM2675-5.0電源晶元引腳定義

local EN_PIN = 1 -- 使能引腳

local FB_PIN = 2 -- 反饋引腳

local SW_PIN = 3 -- 開關引腳

-- PWM模塊配置參數

local PWM_CHANNEL = 1 -- PWM通道

local PWM_FREQUENCY = 10000 -- PWM頻率，10kHz

local PWM_DUTY = 512 -- PWM占空比，50%

-- 輸出濾波器參數

local OUTPUT_INDUCTOR = 100 -- 輸出電感器值，100μH

local OUTPUT_CAPACITOR = 10 -- 輸出電容器值，10μF

local OUTPUT_RESISTANCE = 10 -- 輸出負載電阻，10Ω

local OUTPUT_VOLTAGE = 0 -- 輸出電壓，初始值為0

-- GPIO口和PWM模塊初始化

gpio.mode(EN_PIN, gpio.OUTPUT)

gpio.mode(FB_PIN, gpio.INPUT)

gpio.mode(SW_PIN, gpio.OUTPUT)

pwm.setup(PWM_CHANNEL, PWM_FREQUENCY, PWM_DUTY)

pwm.start(PWM_CHANNEL)

-- 電源晶元使能

gpio.write(EN_PIN, gpio.HIGH)

-- 輸出濾波器函數

function output_filter(output)

OUTPUT_VOLTAGE = (OUTPUT_VOLTAGE + output) / 2

local current = (OUTPUT_VOLTAGE / OUTPUT_INDUCTOR) * (1 / PWM_FREQUENCY)

local voltage = current * OUTPUT_RESISTANCE

local delta_v = (voltage - OUTPUT_VOLTAGE) / OUTPUT_CAPACITOR

OUTPUT_VOLTAGE = OUTPUT_VOLTAGE + delta_v

return OUTPUT_VOLTAGE

end

-- DC-DC開關電源控制函數

function dc_dc_power()

local output = 0

local reference = 5.0 -- 目標輸出電壓，5V

local k_p = 0.5 -- 比例系數

local error = 0

local output_voltage = 0

while true do

error = reference - output_voltage

output = k_p * error

pwm.setty(PWM_CHANNEL, output)

tmr.delay(1000)

output_voltage = output_filter(gpio.read(FB_PIN) * reference)

end

end

-- 啟動DC-DC開關電源控制函數

dc_dc_power()

代碼示例

該示例中使用了LM2675-5.0晶元作為降壓式DC-DC開關電源的控制器，通過控制SW_PIN引腳的開關狀態實現電壓轉換。同時，通過對PWM模塊的控制實現對輸出電壓和占空比的調節，從而實現對輸出電壓和輸出功率的控制。最後，通過輸出濾波器對輸出電壓進行濾波，以確保輸出電壓的穩定性。

需要注意的是，該示例僅供參考。