MOS管開關電源驅動電路設計及使用
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摘要 : 在使用MOS管驅動電路設計開關電源或者馬達驅動電路的時候，大部分人都會考慮MOS管的導通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但并不是優秀的，作為正式的產品設計也是不允許的。
在使用MOS管驅動電路設計開關電源或者馬達驅動電路的時候，大部分人都會考慮MOS管的導通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但并不是優秀的，作為正式的產品設計也是不允許的。
5種常用開關電源mos管驅動電路設計解析
在使用MOS管設計開關電源時，大部分人都會考慮MOS管的導通電阻、最大電壓、最大電流。但很多時候也僅僅考慮了這些因素，這樣的電路也許可以正常工作，但并不是一個好的設計方案。更細致的，MOS管還應考慮本身寄生的參數。對一個確定的MOS管，其驅動電路，驅動腳輸出的峰值電流，上升速率等，都會影響MOS管的開關性能。當電源IC與MOS管選定之后， 選擇合適的驅動電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。一個好的mos管驅動電路有以下幾點要求：
①開關導通期間驅動電路能保證MOS管柵源極間電壓保持穩定且可靠導通。
②開關管開通瞬時，驅動電路應能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值，保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩。
③驅動電路結構簡單可靠、損耗小。
④關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放，保證開關管能快速關斷。
⑤根據情況施加隔離。
模塊電源中常用的MOS管驅動電路
1、電源IC直接驅動MOS管
電源IC直接驅動是我們最常用的驅動方式，同時也是最簡單的驅動方式，使用這種驅動方式，應該注意幾個參數以及這些參數的影響。第一，查看一下電源IC手冊，其最大驅動峰值電流，因為不同芯片，驅動能力很多時候是不一樣的。第二，了解一下MOSFET的寄生電容，如圖2中C1、C2的值。如果C1、C2的值比較大，MOS管導通的需要的能量就比較大，如果電源IC沒有比較大的驅動峰值電流，那么管子導通的速度就比較慢。如果驅動能力不足，上升沿可能出現高頻振蕩，即使把圖2中Rg減小，也不能解決問題! IC驅動能力、MOS寄生電容大小、MOS管開關速度等因素，都影響驅動電阻阻值的選擇，所以Rg并不能無限減小。
2、當源極輸出為高電壓時的驅動
當源極輸出為高電壓的情況時，我們需要采用偏置電路達到電路工作的目的，既我們以源極為參考點，搭建偏置電路，驅動電壓在兩個電壓之間波動，驅動電壓偏差由低電壓提供。
3、驅動電路加速MOS管關斷時間
關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓快速泄放，保證開關管能快速關斷。為使柵源極間電容電壓的快速泄放，常在驅動電阻上并聯一個電阻和一個二極管，如圖4所示，其中D1常用的是快恢復二極管。這使關斷時間減小，同時減小關斷時的損耗。Rg2是防止關斷的時電流過大，把電源IC給燒掉。
在第二點介紹的圖騰柱電路也有加快關斷作用。當電源IC的驅動能力足夠時，對圖 2中電路改進可以加速MOS管關斷時間，得到如圖 4所示電路。用三極管來泄放柵源極間電容電壓是比較常見的。如果Q1的發射極沒有電阻，當PNP三極管導通時，柵源極間電容短接，達到最短時間內把電荷放完，最大限度減小關斷時的交叉損耗。與圖 3拓撲相比較，還有一個好處，就是柵源極間電容上的電荷泄放時電流不經過電源IC，提高了可靠性。
4、電源IC驅動能力不足時
如果選擇MOS管寄生電容比較大，電源IC內部的驅動能力又不足時，需要在驅動電路上增強驅動能力，常使用圖騰柱電路增加電源IC驅動能力。
這種驅動電路作用在于，提升電流提供能力，迅速完成對于柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓撲增加了導通所需要的時間，但是減少了關斷時間，開關管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。
5、驅動電路加速MOS管關斷時間
為了滿足如圖5所示高端MOS管的驅動，經常會采用變壓器驅動，有時為了滿足安全隔離也使用變壓器驅動。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的電感與C1形成LC振蕩，C1的目的是隔開直流，通過交流，同時也能防止磁芯飽和。
除了以上驅動電路之外，還有很多其它形式的驅動電路。對于各種各樣的驅動電路并沒有一種驅動電路是最好的，只有結合具體應用，選擇最合適的驅動。
MOS管在開關電路中的使用
N溝道mos管開關電路
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓大于參數手冊中給定的Vgs就可以了，漏極D接電源，源極S接地。需要注意的是Vgs指的是柵極G與源極S的壓差，所以當NMOS作為高端驅動時候，當漏極D與源極S導通時，漏極D與源極S電勢相等，那么柵極G必須高于源極S與漏極D電壓，漏極D與源極S才能繼續導通。
P溝道MOS管開關電路
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅動）。需要注意的是，Vgs指的是柵極G與源極S的電壓，即柵極低于電源一定電壓就導通，而非相對于地的電壓。但是因為PMOS導通內阻比較大，所以只適用低功率的情況。大功率仍然使用N溝道MOS管。
在上圖中我們可以看到右邊都有一個寄生二極管，起到保護的作用。那么根據二極管的單向導電性我們也能知道在電路連接中，D和S應該如何連接。使用有寄生二極管的N溝道MOS管的情況下，D的電壓要高于S的電壓，否則MOS管無法正常工作（二極管導通）。使用有寄生二極管的P溝道MOS管，S的電壓要高于D的電壓，原因同上。
下面是MOS管的導通條件，只要記住電壓方向與中間箭頭方向相反即為導通（當然這個相反電壓需要達到MOS管的開啟電壓）。比如導通電壓為3V的N溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓高3V即可導通（D的電壓也要比S的高）。同理，導通電壓為3V的P溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓低3V即可導通（S的電壓比D的高）。在電路中的典型應用如下圖所示，分別為N溝道與P溝道的MOS管驅動電路：
我們可以看到，N溝道的MOS管的電路中，BEEP引腳為高電平即可導通，蜂鳴器發出聲音，低電平關閉蜂鳴器；P溝道的MOS管是用來控制GPS模塊的電源通斷，GPS_PWR引腳為低電平時導通，GPS模塊正常供電，高電平時GPS模塊斷電。
重點、重點、重點：以上兩個應用電路中，N溝道和P溝道MOS管不能互相替代，如下兩個應用電路不能正常工作：
