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電路分析-NMOS管應(yīng)用于高邊開關(guān)(high-sidedriver)-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-04-07 

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電路分析-NMOS管應(yīng)用于高邊開關(guān)(high-sidedriver)-KIA MOS管


NMOS是控制電路中常用的開關(guān)器件,當(dāng)然也有用于放大電路的場景。NMOS作為開關(guān)時,常用于低邊控制(low-sidedriver),如下所示的電路圖。


NMOS PMOS 高邊開關(guān)

圖1NMOS用于低邊控制(low-sidedriver)


但是,在研究某一產(chǎn)品時,發(fā)現(xiàn)將NMOS管用于高邊開關(guān)(high-sidedriver),即類似下圖的情況。


NMOS PMOS 高邊開關(guān)

圖2NMOS用于高邊控制(high-sidedriver)


這個電路在應(yīng)用時,一定要注意NMOS的柵極(Gate)電壓高于漏極(Drain)電壓且滿足導(dǎo)通狀態(tài)下VGS>VGS(th),否則,當(dāng)NMOS導(dǎo)通時,VGS<VGS(th),不滿足開啟條件,NMOS關(guān)就會關(guān)斷。這樣,NMOS管就會處于開啟-關(guān)斷的臨界狀態(tài),從而不能用于開關(guān)。


除此之外,NMOS用于高邊開關(guān)時,還會有其他的問題。用相關(guān)的資料,對NMOS管應(yīng)用于高邊開關(guān)的場景做一下分析。


N-MOS和P-MOS功率級

許多競爭對手的產(chǎn)品也使用N溝道MOSFET作為高端驅(qū)動器。在這種配置中,與P溝道MOSFET相比,源極和漏極是交換的。然后,MOSFET在電壓跟隨器電路中工作。


驅(qū)動這種MOSFET更復(fù)雜,因?yàn)樗臇艠O現(xiàn)在與電機(jī)驅(qū)動器輸出有關(guān),即浮動電平,而不是像供電軌那樣的固定電平。此外,它的柵極必須驅(qū)動到高于正電源電壓的電壓,才能完全打開MOSFET。


NMOS用于高邊開關(guān)時,由于源極(Source)接負(fù)載,就會存在兩個問題:

源極(Source)懸空;

柵極(Gate)電壓要高于漏極(Drain)供電電壓。


而且還會帶來不穩(wěn)定的情況:

P溝道MOSFET是高端驅(qū)動器的自然選擇。它效率高,堅固耐用,易于控制。操作可達(dá)到驅(qū)動芯片的最大電源電壓。高側(cè)NMOS柵極驅(qū)動器更復(fù)雜,在高dU/dt時會出現(xiàn)問題,因?yàn)轵?qū)動器本身是浮動的,即其相對GND電勢與驅(qū)動器輸出相同。


有時,當(dāng)不可預(yù)見的事件(例如,電機(jī)外側(cè)的ESD事件)導(dǎo)致斜坡加速時,會出現(xiàn)這種情況。由于N通道高端驅(qū)動器控制芯片可以直接看到斜率,因此可能會超過允許的最大dU/dt。這可能會損壞駕駛員并導(dǎo)致突然出現(xiàn)故障。


相比較而言,PMOS管就相當(dāng)適合高邊開關(guān)的應(yīng)用,控制起來較為簡單。以下分別是N&N-MOS和N&P-MOS控制電路的對比。


NMOS PMOS 高邊開關(guān)

圖3N&N-MOS和N&P-MOS控制電路的對比


NMOS用于高邊開關(guān)的應(yīng)用電路圖。


NMOS PMOS 高邊開關(guān)

圖4NMOS作為高邊開關(guān)時NMOS的柵極控制電路


如圖中所示,當(dāng)驅(qū)動信號為高時,箭頭的方向即是電流流動的方向,Q2導(dǎo)通,Q3截止,NMOS的VGS高于開啟閾值,因此,NMOS就可以開啟。當(dāng)驅(qū)動信號為低時,可做類似分析。


可以看出,對柵極控制部分來說,還是比較復(fù)雜的,所以對于無特殊需求的情況,還是老老實(shí)實(shí)將NMOS用于低邊控制開關(guān)。




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