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1、MOS管驱动电路总结在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会 考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考 虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为 正式的产品设计也是不允许的。下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考 了一些资料，非全部原创。包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用 电路。1，MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或 耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N 沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者P
2、MOS 指的就是这两种。至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小， 且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。 下面的介绍中，也多以NMOS为主。MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是 由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电 路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。 这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。 顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片
3、内 部通常是没有的。2，MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的 情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时 的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动， 但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通 常还是使用NMOS。3, MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会 在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通 电阻小的MOS管会减小导通损耗。现
4、在的小功率MOS管导通电阻一般 在几十毫欧左右，几毫欧的也有。MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电 压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比 导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关 时间，可以减小每次导通时的损失降低开关频率，可以减小单位时 间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。4，MOS管驱动跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS 电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还
5、需要 速度。在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS 管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流， 因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。 选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大 小。第二注意的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极电压 大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一 个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马 达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短
6、路电流去驱动MOS管。上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，设计时当然需要 有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现 在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里，但在12V汽车电子 系统里，一般4V导通就够用了。MOS管的驱动电路及其损失，可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs讲述得很详细，所以不打算 多写了。5, MOS管应用电路MOS管最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开 关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。这三种应用在各个领域都有详细的介绍，这里暂时
7、不多写了。以后 有时间再总结问题提出：现在的MOS驱动，有几个特别的需求，1，低压应用当使用5V电源，这时候如果使用传统的图腾柱结构，由于三极管的 be有0.7V左右的压降，导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。 这时候，我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合。2,宽电压应用输入电压并不是一个固定值，它会随着时间或者其他因素而变动。这 个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。为了让MOS管在高gate电压下安全，很多MOS管内置了稳压管强行 限制gate电压的幅值。在这种情况下，当提供的驱动电压超过稳
8、压 管的电压，就会引起较大的静态功耗。同时，如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压，就会出现输入 电压比较高的时候，MOS管工作良好，而输入电压降低的时候gate 电压不足，引起导通不够彻底，从而增加功耗。3，双电压应用在一些控制电路中，逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数字电压，而 功率部分使用12V甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。这就提出一个要求，需要使用一个电路，让低压侧能够有效的控制高 压侧的MOS管，同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问 题。在这三种情况下，图腾柱结构无法满足输出要求，而很多现成的MOS 驱动IC，似乎也没有包含gate电压限制的结构。于是我
9、设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求。电路图如下:VIPWMGND图1用于NMOS的驱动电路图2用于PMOS的驱动电路这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析：VI和Vh分别是低端和高端的电源，两个电压可以是相同的，但是VI 不应该超过Vh。Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱，用来实现隔离，同时确保两只驱 动管Q3和Q4不会同时导通。R2和R3提供了 PWM电压基准，通过改变这个基准，可以让电路工作 在PWM信号波形比较陡直的位置。Q3和Q4用来提供驱动电流，由于导通的时候，Q3和Q4相对Vh和 GND最低都只有一个Vce的压降，这个压降通常只有0.3V左右，大 大低于0.7V的Vce。R
10、5和R6是反馈电阻，用于对gate电压进行采样，采样后的电压通 过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈，从而把gate电压限 制在一个有限的数值。这个数值可以通过R5和R6来调节。最后，R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制，R4提供了对MOS管的 gate电流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的时候可以在 R4上面并联加速电容。这个电路提供了如下的特性：1，用低端电压和PWM驱动高端MOS管。2，用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。3，gate电压的峰值限制4，输入和输出的电流限制5,通过使用合适的电阻，可以达到很低的功耗。6, PWM信号反相。NMOS并不需要这个特性，可以通过前置一个反相 器来解决。
