MOS管驅(qū)動電路
引言:MOS管開關電路在分立設計里面應用非常廣泛,包括邏輯控制,電源切換,負載開關等,在一些電路巧妙設計上具有非常大的創(chuàng)新性。以下電路均以使用增強型MOS為示例。MOS驅(qū)動電路的基本要求包括:對柵極施加足夠高于Vth的電壓的能力,以及對輸入電容進行足夠充電的驅(qū)動能力,本文介紹MOS的驅(qū)動電路示例。
1. NMOS/PMOS的基本驅(qū)動電路
如圖2-1所示,左邊為NMOS基本驅(qū)動電路,右邊為PMOS基本驅(qū)動電路,對于NMOS來說,Ctrl In為低電平時,NMOS不導通,Ctrl In為高電平(高于Vth)時,NMOS導通。對于PMOS來說,Ctrl In為低電平(VDD-Ctrl In
圖2-1:NMOS/PMOS基本驅(qū)動電路
圖2-1中的R1并非是必要的電阻,當沒有R1時,實際不影響MOS的導通與關閉,但是通常都會加上R1,作為一個偏置。對于NMOS,下拉R1到GND,當Ctrl In腳從高電平到低電平時,柵極能夠被更快拉低,并且牢牢固定在GND,更可靠的關閉。對于PMOS,上拉R1到VDD,當Ctrl In腳從低電平到高電平時,柵極能夠被更快拉高,并且牢牢固定在VDD,更可靠的關閉。
柵極偏置電阻R1是在Ctrl In端低電平時將柵極固定在GND(NMOS),避免額外的干擾浮動,所以它的值取值比較自由,通常R1的選值在10K-100K,如果想提高輸入阻抗,可以將R1取的比較大(1M),推薦阻值10K,47K,100K。另外靜電效應容易從柵極擊穿MOS,所以R1也有一定程度的靜電吸收保護作用。實際上偏置電阻R1是非必須的,但為了電路的魯棒性,要求都必須有。
2. NMOS/PMOS基本驅(qū)動電路升級
我們知道MOSFET的柵極到源極充當電容器(回顧:MOS-1:MOS的寄生模型)。電容器的工作原理是這樣的:當電容器充電時,電流流過它,開始很多,后來越來越少,當電容器充滿電時,沒有電流流過它(參閱Capacitor-2:電容的充放電)。
當你的MOS處于開啟穩(wěn)態(tài)時,其柵源電容器已充滿電,所以沒有電流流過柵極。但是當你的MOSFET處于被打開的動態(tài)過程中時,會有一個電流給這個柵源電容充電。因此在一小段時間內(nèi),柵極Gate可能會有大量電流流動。
為了確保這個短暫的電流對于器件來說不會太高,如圖2-2所示需要在輸出引腳和MOSFET柵極之間串聯(lián)一個電阻器Rg(柵極串聯(lián)電阻):通常1000Ω或者100Ω是一個足夠大的值。但這取決于你的電路??梢允褂脷W姆定律計算從電阻器獲得的最大電流:I=V/R,當使用的電阻越高,MOSFET開啟/關閉的速度就越慢,如果你想快速打開和關閉輸出,Rg取值就要考慮減?。?.3Ω-10Ω)甚至取消。
圖2-2:帶Rg的MOS驅(qū)動電路
圖2-3:不正確的Rg放置方式
如圖2-3所示,如果柵極電阻器Rg放置在下拉電阻器的左側(cè),則會得到一個分壓器電路,該電路將降低柵極電壓,如果你選擇了一個至少比下拉電阻小100倍的柵極電阻,那么電壓的降低很小,可以忽略不計。但是如果它們的值更接近一點,則柵極上的電壓將低于Ctrl in電壓,影響MOS的開啟,所以最佳位置Rg放置在R1的左邊。
3.選驅(qū)動MOS管的考慮項
1:使用MOS時和JFET不同,漏極電流不受IDSS的限制,所以不需要過于在意漏極電流的設定值。
2:作為電路中使用的MOS,應該選擇漏極-源極間電壓VDSS(最大額定值)大于VDD,柵-源電壓VGSS(最大額定值)大于VDD。
3:導通條件則是外部施加的VGS大于1.5倍VGSTH(稱為過驅(qū)動)。電路的直通電流小于MOS的漏極電流ID的最大額定值。耗盡型器件在VGS=0V時也有漏極電流流過,是正常導通器件,所以不太適合在開關電路中使用。
圖2-4:NMOS驅(qū)動等效
如圖2-4所示,建議負載R放在高側(cè),避免負載產(chǎn)生顯著壓降(開通時,S極電位接近VDD),影響GS的電平,導致NMOS開啟關閉受影響,這在后面SCD系列里面會再次講到。
圖2-5:PMOS驅(qū)動等效
如圖2-5所示,建議負載R放在低側(cè),避免開通時,S極電位接近于GND,那么G極就要施加負電壓,導致PMOS開關出現(xiàn)問題,這在后面SCD系列里面會再次講到。
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