mos管升壓電路-mos管升壓電路圖及驅(qū)動(dòng)電路、升壓自舉電路等詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-11-08
boost升壓電路又叫step-up converter，是一種常見的開關(guān)直流升壓電路，它可以使輸出電壓比輸入電壓高。
假定那個(gè)開關(guān)（三極管或者mos管）已經(jīng)斷開了很長(zhǎng)時(shí)間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。分析升壓斬波電路工作原理時(shí)，首先假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載供電。因?yàn)镃值很大，基本能保持輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載提供能量。設(shè)V處于關(guān)斷的時(shí)間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為(Uo-E)I1toff。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等。
下面要分充電和放電兩個(gè)部分來說明這個(gè)電路：
在充電過程中，開關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如圖二，開關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。
放電過程如圖三，這是當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時(shí)的等效電路。當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。
說起來升壓過程就是一個(gè)電感的能量傳遞過程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過程不斷重復(fù)。就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。
MOS管最明顯的特征是開關(guān)特征好，因而被普遍使用在需求電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。即興在的MOS驅(qū)動(dòng)，有幾個(gè)特殊的要求。
1.低壓使用：當(dāng)應(yīng)用5V電源，這時(shí)辰如其應(yīng)用傳統(tǒng)的圖騰柱構(gòu)造，鑒于三極管的be有0.7V左右的壓降，導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)終極加以在gate上的電壓除非4.3V。這時(shí)辰，咱們選用標(biāo)稱gate電壓4.5V的MOS管就在必然的風(fēng)險(xiǎn)。同一的問題也產(chǎn)生在應(yīng)用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)所。
2.寬電壓使用：輸入電壓并不是一個(gè)恒定值，它會(huì)跟隨時(shí)期或者其他要素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)導(dǎo)致PWM電路供給MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓是不固定定的。為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置了固定壓管強(qiáng)行限度局限gate電壓的幅值。在這種情況下，當(dāng)供的驅(qū)動(dòng)電壓超度過固定壓管的電壓，就會(huì)伸起較大的動(dòng)態(tài)功耗。同步，如其簡(jiǎn)略的用電阻分壓的規(guī)律下降gate電壓，就會(huì)涌現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)辰，MOS管任務(wù)良好，而輸入電壓下降的時(shí)辰gate電壓不可，伸起導(dǎo)通不夠到底，從而增添功耗。
3.雙電壓使用：在一些把持電路中，邏輯有些應(yīng)用類型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功比值有些應(yīng)用12V甚至更高的電壓。兩個(gè)電壓選擇共位置式連接。這就提出一個(gè)請(qǐng)求，需求應(yīng)用一個(gè)電路，讓低壓側(cè)能行有效的把持壓服側(cè)的MOS管，同步壓服側(cè)的MOS管也同在這三種情況下，圖騰柱構(gòu)造無法滿意出口請(qǐng)求，而很多即興成的MOS驅(qū)動(dòng)IC，如同也沒有包含gate電壓限度局限的構(gòu)造。
電路圖如次：
用于NMOS的驅(qū)動(dòng)電路
用于PMOS的驅(qū)動(dòng)電路
只針對(duì)NMOS驅(qū)動(dòng)電路做一個(gè)簡(jiǎn)略辨析：Vl和Vh區(qū)別是低端和高端的電源，兩個(gè)電壓可以是相通的，只是Vl不應(yīng)當(dāng)超度過Vh。Q1和Q2結(jié)合了一個(gè)反置的圖騰柱，用來實(shí)即興割裂，同步確保兩只驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4不會(huì)同步導(dǎo)通。R2和R3供了PWM電壓基準(zhǔn)，經(jīng)過轉(zhuǎn)變這個(gè)基準(zhǔn)，可以讓電路任務(wù)在PWM記號(hào)波形比較峭拔的位置。Q3和Q4用來供驅(qū)動(dòng)電流動(dòng)，鑒于導(dǎo)通的時(shí)辰，Q3和Q4對(duì)立Vh和GND最低都除非一個(gè)Vce的壓降，這個(gè)壓降通常除非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電壓舉行采樣，采樣后的電壓經(jīng)過Q5對(duì)Q1和Q2的基極發(fā)出一個(gè)激烈的負(fù)反饋，從而把gate電壓限度局限在一個(gè)有限的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值可以經(jīng)過R5和R6來調(diào)整。
mos管升壓電路的規(guī)律圖如圖1所示。所謂的自舉升壓規(guī)律執(zhí)意，在輸入端IN輸入一個(gè)方波記號(hào)，使用電容Cboot將A點(diǎn)電壓抬升至高于VDD的電平，這么就可以在B端出口一個(gè)與信號(hào)輸入反相，且高電平高于VDD的方波記號(hào)。具體任務(wù)規(guī)律如次：
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。同步N2導(dǎo)通，P2的柵極電位為低電平，則P2導(dǎo)通。這就使得此刻A點(diǎn)電位約為VDD，電容Cboot兩端電壓UC≈VDD。鑒于N3導(dǎo)通，P4截止，因而B點(diǎn)的電位為低電平。這段時(shí)期稱為預(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。同步N2、N3截止，P3導(dǎo)通。這使得P2的柵極電位升天，P2截止。此刻A點(diǎn)電位等同C點(diǎn)電位加以上電容Cboot兩端電壓，約為2VDD。同時(shí)P4導(dǎo)通，故此B點(diǎn)出口高電平，且高于VDD。這段時(shí)期稱為自舉升壓周期。
現(xiàn)實(shí)上，B點(diǎn)電位與負(fù)載電容和電容Cboot的大小關(guān)于，可以依據(jù)設(shè)計(jì)需求調(diào)理。具體相干將在紹介電路具體設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)議論。在圖2中給出了輸入端IN電位與A、B兩點(diǎn)電位相干的表圖。
圖3中給出了驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。驅(qū)動(dòng)電路選擇Totem出口構(gòu)造設(shè)計(jì)，上拉驅(qū)動(dòng)管為NMOS管N4、晶體管Q1和PMOS管P5。下拉驅(qū)動(dòng)管為NMOS管N5。圖中CL為負(fù)載電容，Cpar為B點(diǎn)的寄生電容。虛線框內(nèi)的電路為自舉升壓電路。
本驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)思惟是，使用自舉升壓構(gòu)造將上拉驅(qū)動(dòng)管N4的柵極(B點(diǎn))電位抬升，使得UB>VDD+VTH，則NMOS管N4任務(wù)在線性區(qū)，使得VDSN4大大減少，終極可以實(shí)即興驅(qū)動(dòng)出口高電平達(dá)成VDD。而在出口低電平時(shí)，下拉驅(qū)動(dòng)管自己就任務(wù)在線性區(qū)，可以確保出口低電平位GND。故此無需增添自舉電路也能達(dá)成設(shè)計(jì)請(qǐng)求。
思索到此驅(qū)動(dòng)電路使用于升壓型DC-DC替換器的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)，負(fù)載電容CL很大，一般能達(dá)成幾十皮法，還需求進(jìn)一步增添出口電流動(dòng)能力，故此增添了晶體管Q1作為上拉驅(qū)動(dòng)管。這么在輸入端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，Q1導(dǎo)通，由N4、Q1同步供電流動(dòng)，OUT端電位神速上升，當(dāng)OUT端電位上升到VDD-VBE時(shí)，Q1截止，N4持續(xù)供電流動(dòng)對(duì)負(fù)載電容充電，直到OUT端電壓達(dá)成VDD。
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