驱动电路mosfet

A. 如何选择最适合的MOS管驱动电路

1、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。

5种常用开关电源MOSFET驱动电路解析

在使用MOSFET设计开关电源时，大部分人都会考虑MOSFET的导通电阻、最大电压、最大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素，这样的电路也许可以正常工作，但并不是一个好的设计方案。更细致的，MOSFET还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的MOSFET，其驱动电路，驱动脚输出的峰值电流，上升速率等，都会影响MOSFET的开关性能。

当电源IC与MOS管选定之后， 选择合适的驱动电路来连接电源IC与MOS管就显得尤其重要了。

一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求：

(1)开关管开通瞬时，驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值，保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。

(2)开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。

(3)关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放，保证开关管能快速关断。

(4)驱动电路结构简单可靠、损耗小。

(5)根据情况施加隔离。

B. 开关电源的驱动电路该怎么选择或设计

一、降压式DC-DC开关电源

降压式DC-DC开关电源通常使用MOSFET管作为开关元件来实现升压、降压或反相等功能。其驱动电路的主要目的是为了控制MOSFET的开关状态，从而保证庆梁DC-DC开关电源的输出电压稳定，效率高。

下面是一些选择或设计降压式DC-DC开关电源驱动电路的建议：

• MOSFET管的选择

选择合适的MOSFET管对于驱动电路的设计至关重要。应选择具有低导通电阻、低反向恢复电荷和高开关速度的MOSFET管。此外，还应选择合适的电压和电流容量，以适应实际应用的需求。

• 驱动电路IC的选择

驱动电路IC负责控制MOSFET管的开关状态。选择合适的驱动电路IC可以提高系统的稳定性和效率。常见的驱动电路IC包括IR2110、TC4420、MIC5019等。

• 驱动电路电源的设计

驱动电路需要一个稳定的电源来提供能量。应选择低噪声的电源，以避免噪声影响电路的性能。一种常见的解决方案是使用电感器和电容器来滤波，以获得稳定的直流电源。

• 驱动信号的设计

驱动电路需要一个合适的控制信号来控制MOSFET管的开关状态。通常使用PWM信号来控制MOSFET管的开关频率和占空比。应选择合适的PWM控制器，以满足实际应用的要求。

• 保护电路的设计

保护电路可以保护DC-DC开关电源免受过压、欠压、过流和过温等故障的影响。应考虑设计过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等保护电路。

总之，设计或选择降压式DC-DC开关电源驱动电路需要考虑多个因裂历素，包括MOSFET管、驱动电路IC、驱动电路电源、驱动信号和保护电路等。正确选择或设计驱动电路可以提高系统的稳定性和效率，从而实现DC-DC开关电源的优化控制。

二、举例说明

以下是一个简单的降压式DC-DC开关电源的驱动电路：

该驱动电路采用IR2110驱动芯片来控制MOSFET管的开关状态，实现电源输出电压的稳定调节。该电路的基本原理是，在输入电源的直流电压作为主电源的基础上，通过MOSFET管和电感器等元件，将电源的输出电压转换为需要的降压电压。

具体来说，IR2110驱动芯片采用了双路驱动输出，其中一路用于控制MOSFET管的导通，另一路用于控制MOSFET管的关断。驱动芯片的输入端接受PWM信号，并通过内部电路将信号转换为MOSFET管的驱动信号。此外，该电路还采用了电感器和电容器等元件来滤波，以获得稳定的输出电压。

总之，降压式DC-DC开关电源的驱动电路是一个复杂的系统，需要仔细设计和精心调整。上述例子仅仅是一个简单的示例，实际应用中的驱动电路需要根据具体的应用场景进行选择或设计。

三、电路设计思路

向您描述该电路图的基本组成部分，以帮助您更好地理解。

降压式DC-DC开关电源的驱动电路通常由以下几部分组成：

• 电源输入部分：包括直流电源输入和滤波器，用于提供驱动电路所需的稳定直流电源。滤波器一般由电感和电容构成，用于平滑电源输入电压的波动。

• 驱动芯片：负责产生PWM信号并控制MOSFET管的开关状态。常用的驱动芯片有IR2110、LM5113等。

• MOSFET管：是实现开关电路的核心元件，通过PWM信号控制其开关状态，从而调节输出电压。

• 输出滤波器：由电感和电容器构成，用于平滑输出电压的波动。

• 负载：即需要稳定输出电压的设备或电路。

以上就是降压式DC-DC开关电源的驱动电路的基本组成部分。在实际设计中，还需要考虑到各种参数的选择和调节，以保证电源的稳定输出。

四、基于Lua语言的降压式DC-DC开关电源驱动电路的实现思路

假设我们需要实现一个基于Lua语言的降压式DC-DC开关电源，可以按照以下步骤进行：

• 1、定义驱动芯片的引脚及控制参数。例如，我们可以使用GPIO口控制驱动芯片的开关状态，并定义PWM频率和占空比等参数。

• 2、初始化GPIO口和PWM模块。在Lua中誉源运，可以使用类似于以下代码的方式来初始化GPIO口和PWM模块：

gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT)

pwm.setup(channel, frequency, ty)

pwm.start(channel)

其中，pin是GPIO口的编号，channel是PWM模块的通道号，frequency是PWM信号的频率，ty是占空比。需要根据具体情况进行参数配置。

• 3、定义MOSFET管的开关状态。在Lua中，可以使用以下代码来实现：

gpio.write(pin, gpio.HIGH)

tmr.delay(time)

gpio.write(pin, gpio.LOW)

其中，pin是MOSFET管的控制引脚，time是开关时间。需要根据具体情况进行参数配置。

• 4、定义输出滤波器的电路参数。例如，我们可以使用以下代码来实现电感器和电容器的滤波：

local inctor = 10 -- 电感器值，单位为μH

local capacitor = 100 -- 电容器值，单位为μF

local output_voltage = 0 -- 输出电压，初始值为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分别是电感器和电容器的参数值，output_voltage是输出电压的初始值，frequency是PWM信号的频率，resistance是输出负载的电阻。在filter函数中，首先通过计算得到电感器的电流和电容器的电压，然后通过差分方程来计算输出电压的变化。

需要注意的是，上述代码只是一个简单的示例，实际应用中需要根据具体情况进行参数调整和错误处理，以确保电源的正常工作。同时，由于Lua语言的局限性，建议使用更加专业的开发语言和工具进行实现。

五、基于Lua语言的LM2675-5.0芯片驱动的降压式DC-DC开关电源的示例：

-- LM2675-5.0电源芯片引脚定义

local EN_PIN = 1 -- 使能引脚

local FB_PIN = 2 -- 反馈引脚

local SW_PIN = 3 -- 开关引脚

-- PWM模块配置参数

local PWM_CHANNEL = 1 -- PWM通道

local PWM_FREQUENCY = 10000 -- PWM频率，10kHz

local PWM_DUTY = 512 -- PWM占空比，50%

-- 输出滤波器参数

local OUTPUT_INDUCTOR = 100 -- 输出电感器值，100μH

local OUTPUT_CAPACITOR = 10 -- 输出电容器值，10μF

local OUTPUT_RESISTANCE = 10 -- 输出负载电阻，10Ω

local OUTPUT_VOLTAGE = 0 -- 输出电压，初始值为0

-- GPIO口和PWM模块初始化

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)

-- 电源芯片使能

gpio.write(EN_PIN, gpio.HIGH)

-- 输出滤波器函数

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开关电源控制函数

function dc_dc_power()

local output = 0

local reference = 5.0 -- 目标输出电压，5V

local k_p = 0.5 -- 比例系数

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

-- 启动DC-DC开关电源控制函数

dc_dc_power()

代码示例

该示例中使用了LM2675-5.0芯片作为降压式DC-DC开关电源的控制器，通过控制SW_PIN引脚的开关状态实现电压转换。同时，通过对PWM模块的控制实现对输出电压和占空比的调节，从而实现对输出电压和输出功率的控制。最后，通过输出滤波器对输出电压进行滤波，以确保输出电压的稳定性。

需要注意的是，该示例仅供参考。