如何用分立元件做MOS驱动电路？
对于硬件开发，往往有上手比较棘手的两个地方，一个是mos驱动，另一个是运放设计。mos驱动常常用于电机驱动、三相逆变以及其他大功率场合，而运放设计就是如何准确的采集电路流过的电流，其实两个电路在实际中都是相互相成，有mos驱动往往就有运放设计，而这一期主要总结下我自己设计的驱动板中，用分立元件搭建的mos驱动调试中遇到的问题、自己的分析以及解决方法。
01
如何用分立元件做mos驱动电路
图1 分立元件mos驱动电路
如图1所示，这是用三极管、二极管、电阻、电容分立元件搭建的mos驱动电路。分析情况如下：
当vh为高电平，q4就会导通是的q1的基极为低电平，同时使得q1导通，vcc-10v电压通过二极管d1、三极管q1、二极管d2、电阻r1驱动mos管q2的g极；
当vh为低电平，q4就不会导通，所以q1的基极没有电流流过也处于截止状态，所以vcc-10v电压不会通过三极管q1，那么没有电压驱动mos管q2的g极，由于mos管q2内部寄生电容和电容c2的存在，g极处存在累计电荷，要通过三极管q3和电阻r5释放掉；
当vl为低电平，q7基极有电流流过，所以q5的集电极和发射极导通，导致q5基极也流过电流，所以vcc-10v电压通过三极管q5、二极管d3、电阻r7对mos管的g极进行驱动；
当vl为高电平，q7基极无电流流过，所以三极管q7不会导通，那么导致q5的发射极和基极处于等电位，q5的基极也无电流流过，q5也处于截止状态，同理三极管q8和电阻r12组成放电电路对g极电荷进行放电。
02
分析驱动电路自举电容的作用
这里面有个元件可能刚上手分析的时候，弄不懂作用，是哪个呢？是电容c1。由于电容上的电压不能突变，这里利用电容这个特性来更好的驱动mos管的g极，这里你肯定有所疑问，那么没有这个电容就不能驱动吗？答案：不能。
在分析电容c1的作用时，首先需要明白，mos管导通的条件是：
g极对地电压还是gs之间的电压差？
由于mos驱动是g极电压和s极电压的电位差，所以当mos管导通时，vaaa电压直接加到mos管的s极，（这里假设vaaa电压为12v，g极对地驱动电压为10v）所以mos管的gs电压差为：10v-12v=-2v，由于gs之间为负电压，对于n沟道的mos管，会导致ds之间处于截止状态，所以需要一个电压来抬高g极之间的电压，当然有种方法是直接用高电压电源直接驱动g极，但是通过mos管的g极耐压都是非常有限的，那么这个时候电容的作用就体现出来了，当mos管导通会使得s极电压为vaaa，由于电容的一端与mos的s极连接，所以这一端电容电压瞬间为vaaa，由于电容上电压不能突变的特性，使得电容另一端电压也增加了vaaa，所以电容另一端的电压约等于vaaa+vcc-10v，如图2所示，这里用了二极管d1来隔离电容c1上电压和vcc-10v，这样的做法使得mos管导通后，g极驱动电压克服了s极电压抬高的原因。
图2 驱动电路中自举电容电压的变化
03
实际调试中一些问题分析以及解决方法
图3 bldc驱动电路
如图3所示，这是利用六个mos驱动三相电机的方案图，这里采用h-pwm_l-on的方式进行各个桥臂驱动（上桥给pwm进行驱动，下桥给导通信号驱动），要使得uv导通，那么要给mos管q17pwm信号，同时使得mos管q21导通。
图4 驱动电路mos管g极对地电压波形
如图4所示，这是测得mos管q17的g极对地电压，图中波形有明显的尖峰，同时在实验时mos管容易发热，就可以分析是mos驱动电路没有配置好。观察波形发现，这个波形不是超调类导致的，所以判断是mos驱动连接的电阻过大导致驱动电流过小导致，这里将电路中电阻改为50ω、15ω、0ω进行实验，如下图所示。
图5 三种驱动电阻变化后波形
如图5、6所示，将驱动电阻从100、50、15、0变化发现，驱动波形虽然有略微变化，但是驱动波形上升速度还是比较慢，这种上升比较慢的波形蛮像电容充电波形，这时检查mos管的g极有无电容，检查发现有两个电容：一个是与g极直接连接的电容c2、另一个是相间电容c4，如下图所示：
图6 影响mos管g极驱动波形电容
如图6所示，有可能是电容c2和c4的影响，所以将两个电容同时去掉后，再进行实验后，波形如下所示：
图7 去掉电容后波形
如图7所示，将两个电容去掉后，驱动波形明显上升速度有所提高，但是为什么下降电压会到负值？主要是电机内部电感的存在，电流不能马上突变到0，需要通过下桥进行续流。
图8 u+v-导通时电流走向
如图8所示，这是u上桥和v下桥导通时电流走向图，其中电流内部电感的电压为左正右负。
图9 u+不导通时电流续流走向
如图8所示，这是u上桥不导通和v下桥导通时电流续流走向图，其中电流内部电感的电压为左负右正。由于分立元件驱动电路中g极通过电压和三极管和u相直接连接，没有进行隔离，所以g极电压可以下降到负电压，这是正常的。实验中是测量g极对地电压，这是错误的，实际是测gs之间的电压，如下图所示：
图10 gs之间电压波形
如图10所示，这是将mos管驱动电阻换为50ω，g极电容去掉，并测量gs之间的电压波形，还是比较好的驱动波形，实际驱动电机，也没有明显的发烫。
775 CPU插座测试点
如何解决高速光模块电磁干扰问题
如何快速上手STM32学习？
多变的环境推动奔驰中国团队需要不断提高自身能力
眼睁睁看着手机电池全被烧而不敢灭火
如何用分立元件做MOS驱动电路？
人形机器人是GPT的重要载体，微软/谷歌/微美全息引领新一轮AI浪潮
锂电池放电误区 锂电池的使用注意事项
变频器输出的是交流还是直流
荣耀畅玩8A魅焰红版将于1月29日正式发售 售价799元起
华为首款5G手机 Mate X手机6月发布 消费者业务占比会更高
直流电源转换芯片LM5176设计参考点
管道液位传感器类型有哪些？
帮助苹果的日本显示器公司：等2年才能投产OLED iPhone屏幕
超声波探头及故障维修
英特尔Stratix 10 GX 10M FPGA的优势是什么
技嘉RX5500XT曝光 性能相比于RX5500有望高出大约10％
固定式无人机反制设备一体机的特点
智能手机真的能完全替代电脑吗？看完这篇就知道了
AI+教育将如何发展?人们最关注的五个话题
01
如何用分立元件做mos驱动电路
图1 分立元件mos驱动电路
如图1所示，这是用三极管、二极管、电阻、电容分立元件搭建的mos驱动电路。分析情况如下：
当vh为高电平，q4就会导通是的q1的基极为低电平，同时使得q1导通，vcc-10v电压通过二极管d1、三极管q1、二极管d2、电阻r1驱动mos管q2的g极；
当vh为低电平，q4就不会导通，所以q1的基极没有电流流过也处于截止状态，所以vcc-10v电压不会通过三极管q1，那么没有电压驱动mos管q2的g极，由于mos管q2内部寄生电容和电容c2的存在，g极处存在累计电荷，要通过三极管q3和电阻r5释放掉；
当vl为低电平，q7基极有电流流过，所以q5的集电极和发射极导通，导致q5基极也流过电流，所以vcc-10v电压通过三极管q5、二极管d3、电阻r7对mos管的g极进行驱动；
当vl为高电平，q7基极无电流流过，所以三极管q7不会导通，那么导致q5的发射极和基极处于等电位，q5的基极也无电流流过，q5也处于截止状态，同理三极管q8和电阻r12组成放电电路对g极电荷进行放电。
02
分析驱动电路自举电容的作用
这里面有个元件可能刚上手分析的时候，弄不懂作用，是哪个呢？是电容c1。由于电容上的电压不能突变，这里利用电容这个特性来更好的驱动mos管的g极，这里你肯定有所疑问，那么没有这个电容就不能驱动吗？答案：不能。
在分析电容c1的作用时，首先需要明白，mos管导通的条件是：
g极对地电压还是gs之间的电压差？
由于mos驱动是g极电压和s极电压的电位差，所以当mos管导通时，vaaa电压直接加到mos管的s极，（这里假设vaaa电压为12v，g极对地驱动电压为10v）所以mos管的gs电压差为：10v-12v=-2v，由于gs之间为负电压，对于n沟道的mos管，会导致ds之间处于截止状态，所以需要一个电压来抬高g极之间的电压，当然有种方法是直接用高电压电源直接驱动g极，但是通过mos管的g极耐压都是非常有限的，那么这个时候电容的作用就体现出来了，当mos管导通会使得s极电压为vaaa，由于电容的一端与mos的s极连接，所以这一端电容电压瞬间为vaaa，由于电容上电压不能突变的特性，使得电容另一端电压也增加了vaaa，所以电容另一端的电压约等于vaaa+vcc-10v，如图2所示，这里用了二极管d1来隔离电容c1上电压和vcc-10v，这样的做法使得mos管导通后，g极驱动电压克服了s极电压抬高的原因。
图2 驱动电路中自举电容电压的变化
03
实际调试中一些问题分析以及解决方法
图3 bldc驱动电路
如图3所示，这是利用六个mos驱动三相电机的方案图，这里采用h-pwm_l-on的方式进行各个桥臂驱动（上桥给pwm进行驱动，下桥给导通信号驱动），要使得uv导通，那么要给mos管q17pwm信号，同时使得mos管q21导通。
图4 驱动电路mos管g极对地电压波形
如图4所示，这是测得mos管q17的g极对地电压，图中波形有明显的尖峰，同时在实验时mos管容易发热，就可以分析是mos驱动电路没有配置好。观察波形发现，这个波形不是超调类导致的，所以判断是mos驱动连接的电阻过大导致驱动电流过小导致，这里将电路中电阻改为50ω、15ω、0ω进行实验，如下图所示。
图5 三种驱动电阻变化后波形
如图5、6所示，将驱动电阻从100、50、15、0变化发现，驱动波形虽然有略微变化，但是驱动波形上升速度还是比较慢，这种上升比较慢的波形蛮像电容充电波形，这时检查mos管的g极有无电容，检查发现有两个电容：一个是与g极直接连接的电容c2、另一个是相间电容c4，如下图所示：
图6 影响mos管g极驱动波形电容
如图6所示，有可能是电容c2和c4的影响，所以将两个电容同时去掉后，再进行实验后，波形如下所示：
图7 去掉电容后波形
如图7所示，将两个电容去掉后，驱动波形明显上升速度有所提高，但是为什么下降电压会到负值？主要是电机内部电感的存在，电流不能马上突变到0，需要通过下桥进行续流。
图8 u+v-导通时电流走向
如图8所示，这是u上桥和v下桥导通时电流走向图，其中电流内部电感的电压为左正右负。
图9 u+不导通时电流续流走向
如图8所示，这是u上桥不导通和v下桥导通时电流续流走向图，其中电流内部电感的电压为左负右正。由于分立元件驱动电路中g极通过电压和三极管和u相直接连接，没有进行隔离，所以g极电压可以下降到负电压，这是正常的。实验中是测量g极对地电压，这是错误的，实际是测gs之间的电压，如下图所示：
图10 gs之间电压波形
如图10所示，这是将mos管驱动电阻换为50ω，g极电容去掉，并测量gs之间的电压波形，还是比较好的驱动波形，实际驱动电机，也没有明显的发烫。
775 CPU插座测试点
如何解决高速光模块电磁干扰问题
如何快速上手STM32学习？
多变的环境推动奔驰中国团队需要不断提高自身能力
眼睁睁看着手机电池全被烧而不敢灭火
如何用分立元件做MOS驱动电路？
人形机器人是GPT的重要载体，微软/谷歌/微美全息引领新一轮AI浪潮
锂电池放电误区 锂电池的使用注意事项
变频器输出的是交流还是直流
荣耀畅玩8A魅焰红版将于1月29日正式发售 售价799元起
华为首款5G手机 Mate X手机6月发布 消费者业务占比会更高
直流电源转换芯片LM5176设计参考点
管道液位传感器类型有哪些？
帮助苹果的日本显示器公司：等2年才能投产OLED iPhone屏幕
超声波探头及故障维修
英特尔Stratix 10 GX 10M FPGA的优势是什么
技嘉RX5500XT曝光 性能相比于RX5500有望高出大约10％
固定式无人机反制设备一体机的特点
智能手机真的能完全替代电脑吗？看完这篇就知道了
AI+教育将如何发展?人们最关注的五个话题