Mosfet驱动电路开发进阶之路
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比起钢铁侠以心脏为核心驱动飞跃
你要怎么起飞呢？
学好驱动知识
you are hero
” 常见的mos管驱动方式有非隔离的直接驱动、自举驱动，和有隔离的变压器驱动、光耦隔离驱动等。在常用的开关电源拓扑结构中，像buck、全桥、半桥等，采用nmos作为开关管，其中有的管子s端不接地，电位随着mos管的导通状态而变化，而驱动mos管的栅极信号是基于s端电位的，mos管的开启电压在4.5v左右，为了保证管子完全打开，一般驱动电压要大于10v，取12-15v左右为宜。所以要保证mos管能正常工作，g极电压要随s端电位变化而时刻变化，且gs间电压要能达到稳定的12v。
若采用直接驱动方式，电平是基于电路的地，当s端电位一抬高，g端电位不变，mos管无法正常工作；这时可以选择一个电容，负端接在s端，正端保持一个12v稳定电源，通过这个电容给g端充电，则可以实现gs端有个稳定的12v电压。这就好比水位，电容是个水缸，飘在河上，s端电位好比河水的水位，电路的地好比海平面，一般都以海平面为基准，河水水位随天气变化会有高低变化，而水缸的水位不管河水如何变化，它与河水的水位高度差始终不变。这种驱动方式就叫做自举驱动，储能的电容称为自举电容，s端电位可称作“悬浮地”。如下图1所示，其中c5为自举电容，一般取几uf到100uf之间。
但图1所示电路是不完整的，通过自举电容给前面驱动供电，但是谁给自举电容充电呢？假设电路正常工作，只有两个位置电压比较稳定，一个是输入电压30v，一个输出电压12v。若长期用输入电源充电，有18v（30-12）压差，若采用限流电阻大，则30v经过限流电阻给电容充电速度慢，电流小不足以启动驱动部分；选择限流电阻小，损耗很大，而输出电压12v与自举电容所需电压一致，且在电路正常工作时，能提供较大的充电电流维持自举电容电压稳定。
输出电压能直接接到自举电容上吗？答案是否定的，分析电路工作过程，当mos管关闭期间，由于二极管的钳位作用，s端电位位-0.7v，则g端电位小于等于11.3v，这样输出可以对自举电容实现充电；当mos导通，s端电位近似为30v，此时g端电位大于输出电压，如果直接相连的话就会出现自举电容对输出充电，很快会放完，导致下个周期无法启动驱动，这是不被允许的，所以充电有方向，这里需要接一个快恢二极管。
接下来再分析电路工作过程：当电源一上电，会发现电路无法启动，因为自举电容没有电压，没有驱动就没有输出，所以开机时需要输入电源先给自举电容充电，当充至12v时再给前面驱动电路供电。由于有18v的压差，为减小损耗，这里可以选择一个20k左右的限流电阻，这样给自举电容大约1ma左右的小电流缓慢充电，这样做的另一个好处就是实现了电路的软启动，减小应力。但是充电电流只有1ma，前面有三角波发生器、电平可调电路以及驱动电路所需电流至少有几十ma，直接充会发现永远充不满自举电容，因为充电电流不够，这时可以设计这么一个开关，当第一次上电时，30v输入电源以1ma电流给自举电容充电，此时这个开关关闭，不给后面电路供电，当自举电容的电压充至12v时，才打开开关，自举电容给驱动供电，使电路有一定的输出，输出电压又给自举电容及时补充能量，使其能正常工作。所以这个开关的目的是第一次上电使电容充电至12v，之后便一直处于开通状态即可。
沿着这个思路，首先选择开关管，由于是接在电源端，所以这里选择p管，要想充到12v左右导通，可以选择一个11v的稳压二极管串在b和地之间。为了限流，加一个限流电阻。但是由于存在着这个稳压二极管，当自举电容的电压稍有降低，比如降到11v，则开关管就关断了，而输出电压升到12v需要一段时间，没有达到比自举电容高的电位，就无法给自举电容充电，电路就无法继续工作。而造成这个的关键就是11v的稳压二极管，如果当开关打开后，就把这个二极管短路，那么就可以解决这个问题，所以这里也需要一个开关，而且是短接到地，选择n管，具体如图2所示。图中q5为pnp，q4为npn，开机一上电，q5关闭，30v经过r5给c5充电，充至12v左右，q5导通，则其集电极电位达到11.3v，利用这点电位，去驱动q4导通，这样就可以实现q4短路d4，这样即使自举电容降低到6v依然可以使q5导通，继续输出电流维持驱动电路工作，从而带动整个电路工作。
图2 自举电容充电电路
至此，buck电路的自举驱动电路部分就设计完成了。自举驱动由于其电路简单，在很多地方有广泛应用，特别是buck、桥式电路中。但在实际设计中，从电路的简洁性、可靠性角度考虑，更多的是选择集成芯片。相应的集成芯片也很多，比如ir公司的ir21xx系列，常用ir2104，ir2110，还有ti公司的，如下图3所示型号
图为3 ti公司自举驱动芯片部分型号
根据数据手册，选择合适的集成芯片来完成电路设计。
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若采用直接驱动方式，电平是基于电路的地，当s端电位一抬高，g端电位不变，mos管无法正常工作；这时可以选择一个电容，负端接在s端，正端保持一个12v稳定电源，通过这个电容给g端充电，则可以实现gs端有个稳定的12v电压。这就好比水位，电容是个水缸，飘在河上，s端电位好比河水的水位，电路的地好比海平面，一般都以海平面为基准，河水水位随天气变化会有高低变化，而水缸的水位不管河水如何变化，它与河水的水位高度差始终不变。这种驱动方式就叫做自举驱动，储能的电容称为自举电容，s端电位可称作“悬浮地”。如下图1所示，其中c5为自举电容，一般取几uf到100uf之间。
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输出电压能直接接到自举电容上吗？答案是否定的，分析电路工作过程，当mos管关闭期间，由于二极管的钳位作用，s端电位位-0.7v，则g端电位小于等于11.3v，这样输出可以对自举电容实现充电；当mos导通，s端电位近似为30v，此时g端电位大于输出电压，如果直接相连的话就会出现自举电容对输出充电，很快会放完，导致下个周期无法启动驱动，这是不被允许的，所以充电有方向，这里需要接一个快恢二极管。
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