自舉升壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雙電壓MOSFET驅(qū)動(dòng)電路-KIA MOS管

雙電壓應(yīng)用

在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。

這就提出一個(gè)要求，需要使用一個(gè)電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會(huì)面對(duì)1和2中提到的問題。

在這三種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動(dòng)IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)通用的電路來滿足這三種需求。

電路圖如下：

圖1 用于NMOS的驅(qū)動(dòng)電路

圖2 用于PMOS的驅(qū)動(dòng)電路

這里我只針對(duì)NMOS驅(qū)動(dòng)電路做一個(gè)簡(jiǎn)單分析：Vl和Vh分別是低端和高端的電源，兩個(gè)電壓可以是相同的，但是Vl不應(yīng)該超過Vh。Q1和Q2組成了一個(gè)反置的圖騰柱，用來實(shí)現(xiàn)隔離，同時(shí)確保兩只驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。

R2和R3提供了PWM電壓基準(zhǔn)，通過改變這個(gè)基準(zhǔn)，可以讓電路工作在PWM信號(hào)波形比較陡直的位置。 Q3和Q4用來提供驅(qū)動(dòng)電流，由于導(dǎo)通的時(shí)候，Q3和Q4相對(duì)Vh和GND最低都只有一個(gè)Vce的壓降，這個(gè)壓降通 常只有0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。

R5和R6是反饋電阻，用于對(duì)gate電壓進(jìn)行采樣，采樣后的電壓通過Q5對(duì)Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的負(fù)反饋， 從而把gate電壓限制在一個(gè)有限的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值可以通過R5和R6來調(diào)節(jié)。

最后，R1提供了對(duì)Q3和Q4的基極電流限制，R4提供了對(duì)MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限 制。必要的時(shí)候可以在R4上面并聯(lián)加速電容。

這個(gè)電路提供了如下的特性：

1，用低端電壓和PWM驅(qū)動(dòng)高端MOS管。

2，用小幅度的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)高gate電壓需求的MOS管。

3，gate電壓的峰值限制

4，輸入和輸出的電流限制

5，通過使用合適的電阻，可以達(dá)到很低的功耗。

6，PWM信號(hào)反相。NMOS并不需要這個(gè)特性，可以通過前置一個(gè)反相器來解決。

自舉升壓電路

自舉升壓電路的原理圖如圖1所示。所謂的自舉升壓原理就是，在輸入端IN輸入一個(gè)方波信號(hào)，利用電容Cboot將A點(diǎn)電壓抬升至高于VDD的電平，這樣就可以在B端輸出一個(gè)與輸入信號(hào)反相，且高電平高于VDD的方波信號(hào)。

具體工作原理如下：

當(dāng)VIN為高電平時(shí)，NMOS管N1導(dǎo)通，PMOS管P1截止，C點(diǎn)電位為低電平。

同時(shí)N2導(dǎo)通，P2的柵極電位 為低電平，則P2導(dǎo)通。這就使得此時(shí)A點(diǎn)電位約為VDD，電容Cboot兩端電壓UC≈VDD。

由于N3導(dǎo)通，P4截止，所以B點(diǎn)的電位為低電平。這段時(shí)間稱為預(yù)充電周期。

當(dāng)VIN變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，NMOS管N1截止，PMOS管P1導(dǎo)通，C點(diǎn)電位為高電平，約為VDD。同時(shí)N2、N3截止，P3導(dǎo)通。這使得P2的柵極電位升高，P2截止。

此時(shí)A點(diǎn)電位等于C點(diǎn)電位加上電容Cboot 兩端電壓，約為2VDD。而且P4導(dǎo)通，因此B點(diǎn)輸出高電平，且高于VDD。這段時(shí)間稱為自舉升壓周期。

實(shí)際上，B點(diǎn)電位與負(fù)載電容和電容Cboot的大小有關(guān)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要調(diào)整。具體關(guān)系將在介紹電路具體設(shè)計(jì)時(shí)詳細(xì)討論。在圖2中給出了輸入端IN電位與A、B兩點(diǎn)電位關(guān)系的示意圖。

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