如下圖,上邊使用了PMOS管作為高邊開關(guān),下邊使用NMOS管作低邊開關(guān),這兩種驅(qū)動(dòng)電路都能有效地控制負(fù)載的工作。
那為什么通常都把P管放在高邊,N管放在低邊呢?
MOS管作為一種開關(guān),可以放在負(fù)載前也可以放在負(fù)載后。
這是由兩種開關(guān)管的開啟條件不同所導(dǎo)致的。
一般會(huì)有兩種情況,第一種是高邊驅(qū)動(dòng),開關(guān)MOS與電源直接相連,第二種就是低邊驅(qū)動(dòng),開關(guān)MOS與地相連。
我們來看兩者的導(dǎo)通條件:
增強(qiáng)型NMOS:GS之間的壓差Vgs>閾值電壓Vgs(th)。
當(dāng)NMOS放在低邊處,S極接在GND,導(dǎo)通即:控制G極電壓高于0并超過閾值即可。
增強(qiáng)型PMOS:與NMOS正好相反,GS之間的壓差Vgs<閾值電壓Vgs(th)。
當(dāng)PMOS放在高邊時(shí),S極接Vbat是固定的。導(dǎo)通即:控制G極電壓低于Vbat且差值超過閾值即可。
那如果NMOS和PMOS位置互換呢?
由于基準(zhǔn)S極電位浮動(dòng),再控制G極電壓就會(huì)相對(duì)變得復(fù)雜。
下面電路設(shè)計(jì)實(shí)例:
通過MCN控制功率電路通斷,使輸出電壓Vo能夠隨時(shí)等同于Vbat或者0,從而控制給后續(xù)負(fù)載電路的供電。
首先,Vbat電壓是確定的,Vo及后級(jí)電壓是不固定的。
我們以Vbat作為固定的基準(zhǔn)電壓來采用HSD高邊驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制開關(guān)管。
高邊驅(qū)動(dòng)優(yōu)先考慮PMOS進(jìn)行控制,只需G極電壓低于Vbat一些即可。(如果采用NMOS,就需要考慮提供高于Vbat電壓的G極控制信號(hào))。
如圖,電阻R1的作用是用來保證GS之間的電壓差。
這里需要注意PMOS的連接,需要將S極接到固定電位的Vbat上,如果接反的話就會(huì)導(dǎo)致體二極管直接導(dǎo)通,失去控制能力。
接下來如何控制G極實(shí)現(xiàn)2種電壓狀態(tài)的變化?
可以考慮采用分壓電阻的方式:
如圖增加電阻R2,當(dāng)小開關(guān)斷開時(shí),R2下端懸空,PMOS的G極電壓由于R1 應(yīng)為VBAT,VGS=0,PMOS保持關(guān)斷。
如果想要控制這個(gè)小開關(guān),用一個(gè)三極管就可以了。
MCU控制其基極,當(dāng)MCU輸入低電平,三極管無法導(dǎo)通,R2下端懸空,PMOS保持關(guān)斷;當(dāng)MCU輸入高電平,三極管便會(huì)導(dǎo)通,R2經(jīng)過三極管接到地,實(shí)現(xiàn)對(duì)P管的G極的分壓降壓,最終實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。
此電路設(shè)計(jì)注意要點(diǎn):
1. 三極管的be極之間有PN結(jié),存在導(dǎo)通壓降(約0.7V),計(jì)算R1、R2電阻分壓的G極電壓時(shí)要把0.7V算進(jìn)去;
2.R3作用在于限制三極管輸入電流Ibe,R4作用是當(dāng)MCU引腳為懸空時(shí)保證基極電壓為0的,使三極管有效關(guān)斷。
3.與R1并聯(lián)的二極管D1的作用是保護(hù)MOS管,防止當(dāng)外接電源VBAT電壓異常過壓,超過MOS允許的GS間最大電壓而損壞MOS。
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