MOS管驅動(dòng)應用電路與開(kāi)關(guān)電源10大工作原理圖-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-06-03
（一）簡(jiǎn)介
開(kāi)關(guān)電源又稱(chēng)交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個(gè)位準的電壓，透過(guò)不同形式的架構轉換為用戶(hù)端所需求的電壓或電流。開(kāi)關(guān)電源的輸入多半是交流電源（例如市電）或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備，例如個(gè)人電腦，而開(kāi)關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉換。
（二）開(kāi)關(guān)電源主要用途
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設備，視聽(tīng)產(chǎn)品，安防監控，LED燈帶，電腦機箱，數碼產(chǎn)品和儀器類(lèi)等領(lǐng)域。
（三）開(kāi)關(guān)電源主要分類(lèi)
1、微型低功率開(kāi)關(guān)電源
開(kāi)關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應用，低功率微型開(kāi)關(guān)電源的應用要首先體現在，數顯表、智能電表、手機充電器等方面?，F階段國家在大力推廣智能電網(wǎng)建設，對電能表的要求大幅提高，開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應用。
2、反轉式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源
反轉式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源與一般串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的區別是，這種反轉式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓是負電壓，正好與一般串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲能電感L只在開(kāi)關(guān)K關(guān)斷時(shí)才向負載輸出電流，因此，在相同條件下，反轉式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源輸出的電流比串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出的電流小一倍。
下面是開(kāi)關(guān)電源10大工作原理圖解析：
在小功率設計中，一般很少用到整流橋的并聯(lián)，但在某些大功率輸出的情況下，不想增添新的器件單個(gè)整流橋電流又不滿(mǎn)足輸入功率要求，就需要用到整流橋的并聯(lián)了，整流橋的并聯(lián)不能采用兩個(gè)整流橋各自整流后直流并聯(lián)的方式，也就是不能采用圖1的方式，因為整流橋沒(méi)有配對，單純靠自身的V-I特性，一般是無(wú)法均流的，這樣就會(huì )造成兩個(gè)整流橋發(fā)熱不一致。而采用圖2的方式，通常認為在一個(gè)封裝內的兩個(gè)二極管是非常匹配的，是可以均分電流的，所以采用圖2的方式就可以實(shí)現整流橋的并聯(lián)了。
在驅動(dòng)電路設計中，經(jīng)常會(huì )提到MOS管需要浮地驅動(dòng)，那么什么是浮地驅動(dòng)呢？簡(jiǎn)單的說(shuō)就是MOS管的S極與控制IC的地不是直接相連的，也就是說(shuō)不是共地的。以我們常用的BUCK電路為例，如下圖：控制IC的地一般是與輸入電源的地共地的，而MOS管的S極與輸入電源的地之間還有一個(gè)二極管，所以控制IC的驅動(dòng)信號不能直接接到MOS管的柵極，而需要額外的驅動(dòng)電路或驅動(dòng)IC，比如變壓器隔離驅動(dòng)或類(lèi)似IR2110這樣的帶自舉電路的驅動(dòng)芯片。
當然還有另外的方式，那就是采用別的方式給控制IC供電，然后將控制IC的地連接到MOS管的S端，這樣就不是浮地了，控制IC的輸出就可以直接驅動(dòng)MOS管。
在保護電路中，為了防止保護電路在保護點(diǎn)附近來(lái)回震蕩，所以一般都增加一定的滯環(huán)。
在下圖中，1M電阻就起到滯環(huán)的作用，如果沒(méi)有1M電阻，很明顯，VF電壓達到2.5V運放輸出低電平，低于2.5V，運放輸出高電平。增加1M電阻后，在運放輸出低電平時(shí)，6腳電平為0.7+（2.5-0.7）*1000/1010=2.48V。當VF低于6腳電平后，7腳輸出高電平（如果運放供電15V，7腳輸出可按照14V計算）可以計算此時(shí)6腳電平為2.5+（14-2.5）*10/1010=2.61V，如果這是一個(gè)輸入欠壓保護電路，且VF為100：1的取樣，則當輸入電壓高于261V，電路正常工作，當電壓低于248V才會(huì )欠壓保護，這樣就增強了保護電路的抗干擾能力。
一般經(jīng)常用到滯環(huán)比較器的地方有：過(guò)欠壓保護電路、轉燈電路等
設計電源中，無(wú)論是恒壓源還是恒流源，只要是閉環(huán)控制，總少不了誤差放大器，在進(jìn)入閉環(huán)之前，誤差放大器輸出電壓為最高值，正常來(lái)說(shuō)，誤差放大器供電一般在15V左右，則誤差放大器的輸出在開(kāi)環(huán)的時(shí)候為14V左右，隨著(zhù)輸入信號的增加，達到穩壓（穩流）點(diǎn)后，誤差放大器從最高點(diǎn)開(kāi)始降低直到閉環(huán)需要的值，在誤差放大器輸出降低過(guò)程中，時(shí)間越常自然輸出超調越大電路越不容易進(jìn)入穩定。
增加一個(gè)二極管+穩壓管后，可以在一定程度上改善這個(gè)問(wèn)題，如下圖所示，如果穩壓管是5V的，那么在開(kāi)環(huán)的時(shí)候，誤差放大器輸出被鉗位在6V左右，這樣當進(jìn)入閉環(huán)的時(shí)候，誤差放大器輸出就不是從14V開(kāi)始下降而是從6V左右，降低到閉環(huán)需要的電壓值自然需要的時(shí)間就短，電路就越容易進(jìn)入穩定。
大家可以去看看IC內部的誤差放大器輸出，無(wú)論IC供電電壓多少伏，誤差放大器輸出電壓的最大值應該都不會(huì )是IC供電電壓，而是6V左右吧，不知道是不是也是基于這個(gè)原因。
在設計電路中，帶有限流功能的恒壓源及帶有限壓功能的恒流源相信大家都不陌生，很多網(wǎng)友在設計電路的時(shí)候，有時(shí)候會(huì )采用下圖所示電路，一個(gè)穩壓環(huán)一個(gè)穩流環(huán)，逐漸增加負載，穩流環(huán)輸出低電平進(jìn)入限流，當負載減小退出限流的時(shí)候，穩壓環(huán)需要一個(gè)切換時(shí)間，那么就出現了兩環(huán)路都不工作的一個(gè)空白區，在這時(shí)間內，電路相當于開(kāi)環(huán)，對電路來(lái)說(shuō)，總歸不是好事。
但如果第二個(gè)電路，就不存在這樣的問(wèn)題，限流的時(shí)候，穩流環(huán)拉低穩壓環(huán)的基準，在這個(gè)過(guò)程中，兩個(gè)環(huán)路都在工作，即使在限流過(guò)程中，突然斷開(kāi)負載，由于穩壓環(huán)一直在工作，所以在很短時(shí)間內電路就會(huì )進(jìn)入穩定。而不會(huì )出現上述電路的空白區。
在電源變壓器設計過(guò)程中，相信大家都很清楚變壓器的漏感如何測量，很多網(wǎng)友經(jīng)常在帖子里提到，我的變壓器電感1mH漏感600uH，如果你也測量到這種情況，那么最好再確認一下，因為我們知道漏感儲存的能量是無(wú)法傳遞到副邊的，如果你的變壓器參數如上所說(shuō)，你想想你的變壓器的效率會(huì )有多少？還有的網(wǎng)友會(huì )納悶，自己繞的變壓器明明漏感測試的不大，為什么在應用中會(huì )出現那么大的尖峰？因為在實(shí)際工作中，不僅僅變壓器的漏感在起作用，你的布線(xiàn)電感也在起作用。
正確的測試漏感的方法應該是其余器件先不焊，將變壓器首先焊接在pcb上，然后用粗短線(xiàn)將MOS管，輸出整流二極管短接，將輸出濾波電容短接，從輸入濾波電容測量進(jìn)去得到的是輸入的漏感。將輸入濾波電容短接，從輸出濾波電容測量進(jìn)入，得到的是輸出端的漏感，這樣的測試方法考慮了PCB的分布電感，更接近實(shí)際的情況。
這個(gè)圖是過(guò)欠壓、過(guò)流保護的電路，分別通過(guò)兩個(gè)光耦控制驅動(dòng)信號，正常情況下光耦導通，MOS管導通，出現異常后光耦切斷，MOS管斷開(kāi)，這個(gè)圖至少有兩個(gè)明顯的錯誤，大家看看在哪里。（R6R7為1k，R25R26為10k）
以384X電路為例，常用的光藕隔離反饋電路接法有兩種，一種是將2腳接地，光藕4腳接1腳，通過(guò)拉低1腳的電平來(lái)實(shí)現穩壓。
有的人覺(jué)得這種方式不合理，會(huì )采用下圖的方式，這種方式也是一樣的道理，這里以下圖為例說(shuō)明電阻R5及R6的選擇。
電路中，R7、R8接成比例放大，放大倍數為1，也就是R7=R8，電容C2主要起濾波作用，我一般選擇的很小100P。如果電流采樣信號在0-1V范圍內，電路都正常工作，對應COMP端電壓，就是就是1V--4.4V（內部二極管壓降認為0.7V，1V為PDF提供的最低工作電壓）那么折算到R6上電壓應該能在0.6V--4V變化。如果光藕傳輸比為β，則可以得到下面的式子 4≤R6*（V0-2.5-1.1）*β/R5
也就是說(shuō)，當光藕原邊流過(guò)最大電流的時(shí)候，副邊電流在R6上的壓降應不小于4V。至于R5的選擇，我在另一個(gè)帖子提到，一般光偶原邊電流控制在5mA即可，這樣就可以選擇R6的值。
小功率反激類(lèi)輸出電源，對于經(jīng)常設計的人來(lái)說(shuō)，基本都是空載或輕載直接上電，由于 已經(jīng)輕車(chē)熟路，所以基本不會(huì )有什么問(wèn)題，主要問(wèn)題在于參數的優(yōu)化。但對于菜鳥(niǎo)或新手來(lái)說(shuō)，有時(shí)候電路原理還不是很明了，想通過(guò)動(dòng)手來(lái)加強印象，如果自己做出來(lái)的電源直接上電，估計炸機的可能性會(huì )超過(guò)一半，所以還是循序漸進(jìn)好一些。
首先，單獨給控制IC供電，看看IC工作是否正常，主要看頻率及MOS管的驅動(dòng)信號，如果單獨供電，IC都工作不正常的話(huà)，你如果直接上電后果是什么不用說(shuō)了吧？IC單獨供電正常后，我一般都是找一個(gè)帶限流功能的直流輸出電源給自己設計的電源供電，然后空載上電，看輸出電壓是否正常，由于直流輸出電源帶限流功能，所以即使存在問(wèn)題也是供電電源限流保護，空載輸出電壓正常再逐漸加載。
如果沒(méi)有帶限流功能的直流電源，我的意見(jiàn)也不要貿然直接加交流，可以在交流輸入端串聯(lián)一個(gè)白熾燈做限流功能，然后看空載是否正常，如果正常后再將白熾燈去掉加交流，這樣會(huì )安全一些。
上面這個(gè)圖，如果沒(méi)有R及L，就是一個(gè)很普通的反激電路輸出整流的兩個(gè)繞組，在這里，R為變壓器及布線(xiàn)部分的直流阻抗，L為變壓器繞組的漏感，N1N2就是理想的變壓器繞組了。對于理想的變壓器繞組，繞組電壓正比于匝比，也即是如果5匝繞組輸出5V，那么10匝繞組輸出就是10V。
如果第一個(gè)繞組是穩壓5V輸出的，在空載情況下，繞組基本沒(méi)有電流，R1、L1上壓降可以不考慮，二極管壓降為電流是零時(shí)候的壓降值。這個(gè)時(shí)候N1繞組電壓可以認為是輸出電壓5V+二極管壓降0.4V。那么10匝繞組的電壓就是2*（5+0.4）=10.8V，繞組空載的時(shí)候，輸出電壓為10.4V，隨著(zhù)第二個(gè)繞組帶載電流增大，電阻R2及L2上壓降增加，二極管V2壓降也增加，那么C2上電壓逐漸開(kāi)始降低，這個(gè)電壓的變化為N2繞組的負載調整率，而不是交叉調整率。
MOS管最顯著(zhù)的特性是開(kāi)關(guān)特性好，所以被廣泛應用在需要電子開(kāi)關(guān)的電路中，常見(jiàn)的如開(kāi)關(guān)電源和馬達驅動(dòng)，也有照明調光。
現在的MOS驅動(dòng)，有幾個(gè)特別的應用
1、低壓應用
當使用5V電源，這時(shí)候如果使用傳統的圖騰柱結構，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導致實(shí)際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時(shí)候，我們選用標稱(chēng)gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險。同樣的問(wèn)題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)合。
2、寬電壓應用
輸入電壓并不是一個(gè)固定值，它會(huì )隨著(zhù)時(shí)間或者其他因素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)導致PWM電路提供給MOS管的驅動(dòng)電壓是不穩定的。
為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內置了穩壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當提供的驅動(dòng)電壓超過(guò)穩壓管的電壓，就會(huì )引起較大的靜態(tài)功耗。
同時(shí)，如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會(huì )出現輸入電壓比較高的時(shí)候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足，引起導通不夠徹底，從而增加功耗。
3、雙電壓應用
在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數字電壓，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。MOS管驅動(dòng)電路
這就提出一個(gè)要求，需要使用一個(gè)電路，讓低壓側能夠有效的控制高壓側的MOS管，同時(shí)高壓側的MOS管也同樣會(huì )面對1和2中提到的問(wèn)題。
在這三種情況下，圖騰柱結構無(wú)法滿(mǎn)足輸出要求，而很多現成的MOS驅動(dòng)IC，似乎也沒(méi)有包含gate電壓限制的結構。
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