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5V轉3.3V電路圖-3.3V 5V電平轉換電路圖(19種方法技巧)-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2018-06-12 

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最簡(jiǎn)易的5v轉3.3v電路

使用LDO穩壓器,從5V電源向3.3V系統供電

標準三端線(xiàn)性穩壓器的壓差通常是 2.0-3.0V。要把 5V 可靠地轉換為 3.3V,就不能使用它們。壓差為幾百個(gè)毫伏的低壓降 (Low Dropout, LDO)穩壓器,是此類(lèi)應用的理想選擇。圖 1-1 是基本LDO 系統的框圖,標注了相應的電流。從圖中可以看出, LDO 由四個(gè)主要部分組成:

1. 導通晶體管

2. 帶隙參考源

3. 運算放大器

4. 反饋電阻分壓器


在選擇 LDO 時(shí),重要的是要知道如何區分各種LDO。器件的靜態(tài)電流、封裝大小和型號是重要的器件參數。根據具體應用來(lái)確定各種參數,將會(huì )得到最優(yōu)的設計。

5V轉3.3V電路圖

LDO的靜態(tài)電流IQ是器件空載工作時(shí)器件的接地電流 IGND。 IGND 是 LDO 用來(lái)進(jìn)行穩壓的電流。當IOUT>>IQ 時(shí), LDO 的效率可用輸出電壓除以輸入電壓來(lái)近似地得到。然而,輕載時(shí),必須將 IQ 計入效率計算中。具有較低 IQ 的 LDO 其輕載效率較高。輕載效率的提高對于 LDO 性能有負面影響。靜態(tài)電流較高的 LDO 對于線(xiàn)路和負載的突然變化有更快的響應。


技巧二:采用齊納二極管的低成本供電系統

這里詳細說(shuō)明了一個(gè)采用齊納二極管的低成本穩壓器方案。

5V轉3.3V電路圖

可以用齊納二極管和電阻做成簡(jiǎn)單的低成本 3.3V穩壓器,如圖 2-1 所示。在很多應用中,該電路可以替代 LDO 穩壓器并具成本效益。但是,這種穩壓器對負載敏感的程度要高于 LDO 穩壓器。另外,它的能效較低,因為 R1 和 D1 始終有功耗。R1 限制流入D1 和 PICmicro? MCU的電流,從而使VDD 保持在允許范圍內。由于流經(jīng)齊納二極管的電流變化時(shí),二極管的反向電壓也將發(fā)生改變,所以需要仔細考慮 R1 的值。


R1 的選擇依據是:在最大負載時(shí)——通常是在PICmicro MCU 運行且驅動(dòng)其輸出為高電平時(shí)——R1上的電壓降要足夠低從而使PICmicro MCU有足以維持工作所需的電壓。同時(shí),在最小負載時(shí)——通常是 PICmicro MCU 復位時(shí)——VDD 不超過(guò)齊納二極管的額定功率,也不超過(guò) PICmicro MCU的最大 VDD。


技巧三:采用3個(gè)整流二極管的更低成本供電系統

5V轉3.3V電路圖

圖 3-1 詳細說(shuō)明了一個(gè)采用 3 個(gè)整流二極管的更低成本穩壓器方案。

我們也可以把幾個(gè)常規開(kāi)關(guān)二極管串聯(lián)起來(lái),用其正向壓降來(lái)降低進(jìn)入的 PICmicro MCU 的電壓。這甚至比齊納二極管穩壓器的成本還要低。這種設計的電流消耗通常要比使用齊納二極管的電路低。


所需二極管的數量根據所選用二極管的正向電壓而變化。二極管 D1-D3 的電壓降是流經(jīng)這些二極管的電流的函數。連接 R1 是為了避免在負載最小時(shí)——通常是 PICmicro MCU 處于復位或休眠狀態(tài)時(shí)——PICmicro MCU VDD 引腳上的電壓超過(guò)PICmicro MCU 的最大 VDD 值。根據其他連接至VDD 的電路,可以提高R1 的阻值,甚至也可能完全不需要 R1。二極管 D1-D3 的選擇依據是:在最大負載時(shí)——通常是 PICmicro MCU 運行且驅動(dòng)其輸出為高電平時(shí)——D1-D3 上的電壓降要足夠低從而能夠滿(mǎn)足 PICmicro MCU 的最低 VDD 要求。


技巧四:使用開(kāi)關(guān)穩壓器,從5V電源向3.3V系統供電

如圖 4-1 所示,降壓開(kāi)關(guān)穩壓器是一種基于電感的轉換器,用來(lái)把輸入電壓源降低至幅值較低的輸出電壓。輸出穩壓是通過(guò)控制 MOSFET Q1 的導通(ON)時(shí)間來(lái)實(shí)現的。由于 MOSFET 要么處于低阻狀態(tài),要么處于高阻狀態(tài)(分別為 ON 和OFF),因此高輸入源電壓能夠高效率地轉換成較低的輸出電壓。


當 Q1 在這兩種狀態(tài)期間時(shí),通過(guò)平衡電感的電壓- 時(shí)間,可以建立輸入和輸出電壓之間的關(guān)系。

5V轉3.3V電路圖

對于 MOSFET Q1,有下式:

5V轉3.3V電路圖

在選擇電感的值時(shí),使電感的最大峰 - 峰紋波電流等于最大負載電流的百分之十的電感值,是個(gè)很好的初始選擇。

5V轉3.3V電路圖

在選擇輸出電容值時(shí),好的初值是:使 LC 濾波器特性阻抗等于負載電阻。這樣在滿(mǎn)載工作期間如果突然卸掉負載,電壓過(guò)沖能處于可接受范圍之內。

5V轉3.3V電路圖

在選擇二極管 D1 時(shí),應選擇額定電流足夠大的元件,使之能夠承受脈沖周期 (IL)放電期間的電感電流。

5V轉3.3V電路圖


數字連接

在連接兩個(gè)工作電壓不同的器件時(shí),必須要知道其各自的輸出、輸入閾值。知道閾值之后,可根據應用的其他需求選擇器件的連接方法。表 4-1 是本文檔所使用的輸出、輸入閾值。在設計連接時(shí),請務(wù)必參考制造商的數據手冊以獲得實(shí)際的閾值電平。

5V轉3.3V電路圖


技巧五:3.3V →5V直接連接

將 3.3V 輸出連接到 5V 輸入最簡(jiǎn)單、最理想的方法是直接連接。直接連接需要滿(mǎn)足以下 2 點(diǎn)要求:

3.3V輸出的 VOH 大于 5V 輸入的 VIH

3.3V輸出的 VOL 小于 5V 輸入的 VIL

能夠使用這種方法的例子之一是將 3.3V LVCMOS輸出連接到 5V TTL 輸入。從表 4-1 中所給出的值可以清楚地看到上述要求均滿(mǎn)足。

3.3V LVCMOS 的 VOH (3.0V)大于5V TTL 的VIH (2.0V)

3.3V LVCMOS 的 VOL (0.5V)小于 5V TTL 的VIL (0.8V)。

如果這兩個(gè)要求得不到滿(mǎn)足,連接兩個(gè)部分時(shí)就需要額外的電路??赡艿慕鉀Q方案請參閱技巧 6、7、 8 和 13。


技巧六:3.3V→5V使用MOSFET轉換器

如果 5V 輸入的 VIH 比 3.3V CMOS 器件的 VOH 要高,則驅動(dòng)任何這樣的 5V 輸入就需要額外的電路。圖 6-1 所示為低成本的雙元件解決方案。

在選擇 R1 的阻值時(shí),需要考慮兩個(gè)參數,即:輸入的開(kāi)關(guān)速度和 R1 上的電流消耗。當把輸入從 0切換到 1 時(shí),需要計入因 R1 形成的 RC 時(shí)間常數而導致的輸入上升時(shí)間、 5V 輸入的輸入容抗以及電路板上任何的雜散電容。輸入開(kāi)關(guān)速度可通過(guò)下式計算:

5V轉3.3V電路圖

由于輸入容抗和電路板上的雜散電容是固定的,提高輸入開(kāi)關(guān)速度的惟一途徑是降低 R1 的阻值。而降低 R1 阻值以獲取更短的開(kāi)關(guān)時(shí)間,卻是以增大5V 輸入為低電平時(shí)的電流消耗為代價(jià)的。通常,切換到 0 要比切換到 1 的速度快得多,因為 N 溝道 MOSFET 的導通電阻要遠小于 R1。另外,在選擇 N 溝道 FET 時(shí),所選 FET 的VGS 應低于3.3V 輸出的 VOH。

5V轉3.3V電路圖


技巧七:3.3V→5V使用二極管補償

表 7-1 列出了 5V CMOS 的輸入電壓閾值、 3.3VLVTTL 和 LVCMOS 的輸出驅動(dòng)電壓。

5V轉3.3V電路圖

從上表看出, 5V CMOS 輸入的高、低輸入電壓閾值均比 3.3V 輸出的閾值高約一伏。因此,即使來(lái)自 3.3V 系統的輸出能夠被補償,留給噪聲或元件容差的余地也很小或者沒(méi)有。我們需要的是能夠補償輸出并加大高低輸出電壓差的電路。

5V轉3.3V電路圖

輸出電壓規范確定后,就已經(jīng)假定:高輸出驅動(dòng)的是輸出和地之間的負載,而低輸出驅動(dòng)的是 3.3V和輸出之間的負載。如果高電壓閾值的負載實(shí)際上是在輸出和 3.3V 之間的話(huà),那么輸出電壓實(shí)際上要高得多,因為拉高輸出的機制是負載電阻,而不是輸出三極管。


如果我們設計一個(gè)二極管補償電路 (見(jiàn)圖 7-1),二極管 D1 的正向電壓 (典型值 0.7V)將會(huì )使輸出低電壓上升,在 5V CMOS 輸入得到 1.1V 至1.2V 的低電壓。它安全地處于 5V CMOS 輸入的低輸入電壓閾值之下。輸出高電壓由上拉電阻和連至3.3V 電源的二極管 D2 確定。這使得輸出高電壓大約比 3.3V 電源高 0.7V,也就是 4.0 到 4.1V,很安全地在 5V CMOS 輸入閾值 (3.5V)之上。


注: 為了使電路工作正常,上拉電阻必須顯著(zhù)小于 5V CMOS 輸入的輸入電阻,從而避免由于輸入端電阻分壓器效應而導致的輸出電壓下降。上拉電阻還必須足夠大,從而確保加載在 3.3V 輸出上的電流在器件規范之內。


技巧八:3.3V→5V使用電壓比較器

比較器的基本工作如下:

反相 (-)輸入電壓大于同相 (+)輸入電壓時(shí),比較器輸出切換到 Vss。

同相 (+)輸入端電壓大于反相 (-)輸入電壓時(shí),比較器輸出為高電平。


為了保持 3.3V 輸出的極性, 3.3V 輸出必須連接到比較器的同相輸入端。比較器的反相輸入連接到由 R1 和 R2 確定的參考電壓處,如圖 8-1 所示。

5V轉3.3V電路圖

計算 R1 和 R2

R1 和 R2 之比取決于輸入信號的邏輯電平。對于3.3V 輸出,反相電壓應該置于VOL 與VOH之間的中點(diǎn)電壓。對于 LVCMOS 輸出,中點(diǎn)電壓為:

5V轉3.3V電路圖

如果 R1 和 R2 的邏輯電平關(guān)系如下,

5V轉3.3V電路圖

若 R2 取值為 1K,則 R1 為 1.8K。


經(jīng)過(guò)適當連接后的運算放大器可以用作比較器,以將 3.3V 輸入信號轉換為 5V 輸出信號。這是利用了比較器的特性,即:根據 “反相”輸入與 “同相”輸入之間的壓差幅值,比較器迫使輸出為高(VDD)或低 (Vss)電平。

注: 要使運算放大器在 5V 供電下正常工作,輸出必須具有軌到軌驅動(dòng)能力。

5V轉3.3V電路圖


技巧九:5V→3.3V直接連接

通常 5V 輸出的 VOH 為 4.7 伏, VOL 為 0.4 伏;而通常 3.3V LVCMOS 輸入的 VIH 為 0.7 x VDD, VIL為 0.2 x VDD。


當 5V 輸出驅動(dòng)為低時(shí),不會(huì )有問(wèn)題,因為 0.4 伏的輸出小于 0.8 伏的輸入閾值。當 5V 輸出為高時(shí), 4.7 伏的 VOH 大于 2.1 伏 VIH,所以,我們可以直接把兩個(gè)引腳相連,不會(huì )有沖突,前提是3.3V CMOS 輸出能夠耐受 5 伏電壓。

5V轉3.3V電路圖

如果 3.3V CMOS 輸入不能耐受 5 伏電壓,則將出現問(wèn)題,因為超出了輸入的最大電壓規范??赡艿慕鉀Q方案請參見(jiàn)技巧 10-13。


技巧十:5V→3.3V使用二極管鉗位

很多廠(chǎng)商都使用鉗位二極管來(lái)保護器件的 I/O 引腳,防止引腳上的電壓超過(guò)最大允許電壓規范。鉗位二極管使引腳上的電壓不會(huì )低于 Vss 超過(guò)一個(gè)二極管壓降,也不會(huì )高于 VDD 超過(guò)一個(gè)二極管壓降。要使用鉗位二極管來(lái)保護輸入,仍然要關(guān)注流經(jīng)鉗位二極管的電流。流經(jīng)鉗位二極管的電流應該始終比較小 (在微安數量級上)。如果流經(jīng)鉗位二極管的電流過(guò)大,就存在部件閉鎖的危險。由于5V 輸出的源電阻通常在 10Ω 左右,因此仍需串聯(lián)一個(gè)電阻,限制流經(jīng)鉗位二極管的電流,如圖 10-1所示。使用串聯(lián)電阻的后果是降低了輸入開(kāi)關(guān)的速度,因為引腳 (CL)上構成了 RC 時(shí)間常數。

5V轉3.3V電路圖

如果沒(méi)有鉗位二極管,可以在電流中添加一個(gè)外部二極管,如圖 10-2 所示。

5V轉3.3V電路圖


技巧十一:5V→3.3V有源鉗位

使用二極管鉗位有一個(gè)問(wèn)題,即它將向 3.3V 電源注入電流。在具有高電流 5V 輸出且輕載 3.3V 電源軌的設計中,這種電流注入可能會(huì )使 3.3V 電源電壓超過(guò) 3.3V。為了避免這個(gè)問(wèn)題,可以用一個(gè)三極管來(lái)替代,三極管使過(guò)量的輸出驅動(dòng)電流流向地,而不是 3.3V 電源。設計的電路如圖 11-1 所示。

5V轉3.3V電路圖

Q1的基極-發(fā)射極結所起的作用與二極管鉗位電路中的二極管相同。區別在于,發(fā)射極電流只有百分之幾流出基極進(jìn)入 3.3V 軌,絕大部分電流都流向集電極,再從集電極無(wú)害地流入地?;鶚O電流與集電極電流之比,由晶體管的電流增益決定,通常為10-400,取決于所使用的晶體管。


技巧十二:5V→3.3V電阻分壓器

可以使用簡(jiǎn)單的電阻分壓器將 5V 器件的輸出降低到適用于 3.3V 器件輸入的電平。這種接口的等效電路如圖 12-1 所示。

5V轉3.3V電路圖

通常,源電阻 RS 非常小 (小于 10Ω),如果選擇的 R1 遠大于RS 的話(huà),那么可以忽略 RS 對 R1 的影響。在接收端,負載電阻 RL 非常大 (大于500 kΩ),如果選擇的R2遠小于RL的話(huà),那么可以忽略 RL 對 R2 的影響。


在功耗和瞬態(tài)時(shí)間之間存在取舍權衡。為了使接口電流的功耗需求最小,串聯(lián)電阻 R1 和 R2 應盡可能大。但是,負載電容 (由雜散電容 CS 和 3.3V 器件的輸入電容 CL 合成)可能會(huì )對輸入信號的上升和下降時(shí)間產(chǎn)生不利影響。如果 R1 和 R2 過(guò)大,上升和下降時(shí)間可能會(huì )過(guò)長(cháng)而無(wú)法接受。


如果忽略 RS 和 RL 的影響,則確定 R1 和 R2 的式子由下面的公式 12-1 給出。

5V轉3.3V電路圖

公式 12-2 給出了確定上升和下降時(shí)間的公式。為便于電路分析,使用戴維寧等效計算來(lái)確定外加電壓 VA 和串聯(lián)電阻R。戴維寧等效計算定義為開(kāi)路電壓除以短路電流。根據公式 12-2 所施加的限制,對于圖 12-1 所示電路,確定的戴維寧等效電阻 R 應為 0.66*R1,戴維寧等效電壓 VA 應為0.66*VS。

5V轉3.3V電路圖

例如,假設有下列條件存在:

雜散電容 = 30 pF

負載電容 = 5 pF

從 0.3V 至 3V 的最大上升時(shí)間 ≤ 1 μs

外加源電壓 Vs = 5V

確定最大電阻的計算如公式 12-3 所示。

5V轉3.3V電路圖


技巧十三:3.3V→5V電平轉換器

盡管電平轉換可以分立地進(jìn)行,但通常使用集成解決方案較受歡迎。電平轉換器的使用范圍比較廣泛:有單向和雙向配置、不同的電壓轉換和不同的速度,供用戶(hù)選擇最佳的解決方案。


器件之間的板級通訊 (例如, MCU 至外設)通過(guò) SPI 或 I2C? 來(lái)進(jìn)行,這是最常見(jiàn)的。對于SPI,使用單向電平轉換器比較合適;對于 I2C,就需要使用雙向解決方案。下面的圖 13-1 顯示了這兩種解決方案。

5V轉3.3V電路圖

模擬

3.3V 至 5V 接口的最后一項挑戰是如何轉換模擬信號,使之跨越電源障礙。低電平信號可能不需要外部電路,但在 3.3V 與 5V 之間傳送信號的系統則會(huì )受到電源變化的影響。例如,在 3.3V 系統中,ADC轉換1V峰值的模擬信號,其分辨率要比5V系統中 ADC 轉換的高,這是因為在 3.3V ADC 中,ADC 量程中更多的部分用于轉換。但另一方面,3.3V 系統中相對較高的信號幅值,與系統較低的共模電壓限制可能會(huì )發(fā)生沖突。


因此,為了補償上述差異,可能需要某種接口電路。本節將討論接口電路,以幫助緩和信號在不同電源之間轉換的問(wèn)題。


技巧十四:3.3V→5V模擬增益模塊

從 3.3V 電源連接至 5V 時(shí),需要提升模擬電壓。33 kΩ 和 17kΩ 電阻設定了運放的增益,從而在兩端均使用滿(mǎn)量程。11 kΩ 電阻限制了流回 3.3V 電路的電流。

5V轉3.3V電路圖


技巧十五:3.3V→5V模擬補償模塊

該模塊用于補償 3.3V 轉換到 5V 的模擬電壓。下面是將 3.3V 電源供電的模擬電壓轉換為由 5V電源供電。右上方的 147 kΩ、 30.1 kΩ 電阻以及+5V 電源,等效于串聯(lián)了 25 kΩ 電阻的 0.85V 電壓源。這個(gè)等效的 25 kΩ 電阻、三個(gè) 25 kΩ 電阻以及運放構成了增益為 1 V/V 的差動(dòng)放大器。 0.85V等效電壓源將出現在輸入端的任何信號向上平移相同的幅度;以 3.3V/2 = 1.65V 為中心的信號將同時(shí)以 5.0V/2 = 2.50V 為中心。左上方的電阻限制了來(lái)自 5V 電路的電流。

5V轉3.3V電路圖


技巧十六:5V→3.3V有源模擬衰減

此技巧使用運算放大器衰減從 5V 至 3.3V 系統的信號幅值。

要將 5V 模擬信號轉換為 3.3V 模擬信號,最簡(jiǎn)單的方法是使用 R1:R2 比值為 1.7:3.3 的電阻分壓器。然而,這種方法存在一些問(wèn)題。

1)衰減器可能會(huì )接至容性負載,構成不期望得到的低通濾波器。

2)衰減器電路可能需要從高阻抗源驅動(dòng)低阻抗負載。


無(wú)論是哪種情形,都需要運算放大器用以緩沖信號。


所需的運放電路是單位增益跟隨器 (見(jiàn)圖 16-1)。

5V轉3.3V電路圖

電路輸出電壓與加在輸入的電壓相同。

為了把 5V 信號轉換為較低的 3V 信號,我們只要加上電阻衰減器即可。

5V轉3.3V電路圖

如果電阻分壓器位于單位增益跟隨器之前,那么將為 3.3V 電路提供最低的阻抗。此外,運放可以從3.3V 供電,這將節省一些功耗。如果選擇的 X 非常大的話(huà), 5V 側的功耗可以最大限度地減小。


如果衰減器位于單位增益跟隨器之后,那么對 5V源而言就有最高的阻抗。運放必須從 5V 供電,3V 側的阻抗將取決于 R1||R2 的值。


技巧十七:5V→3.3V模擬限幅器

在將 5V 信號傳送給 3.3V 系統時(shí),有時(shí)可以將衰減用作增益。如果期望的信號小于 5V,那么把信號直接送入 3.3V ADC 將產(chǎn)生較大的轉換值。當信號接近 5V 時(shí)就會(huì )出現危險。所以,需要控制電壓越限的方法,同時(shí)不影響正常范圍中的電壓。這里將討論三種實(shí)現方法。

1. 使用二極管,鉗位過(guò)電壓至 3.3V 供電系統。

2. 使用齊納二極管,把電壓鉗位至任何期望的電壓限。

3. 使用帶二極管的運算放大器,進(jìn)行精確鉗位。


進(jìn)行過(guò)電壓鉗位的最簡(jiǎn)單的方法,與將 5V 數字信號連接至 3.3V 數字信號的簡(jiǎn)單方法完全相同。使用電阻和二極管,使過(guò)量電流流入 3.3V 電源。選用的電阻值必須能夠保護二極管和 3.3V 電源,同時(shí)還不會(huì )對模擬性能造成負面影響。如果 3.3V 電源的阻抗太低,那么這種類(lèi)型的鉗位可能致使3.3V 電源電壓上升。即使 3.3V 電源有很好的低阻抗,當二極管導通時(shí),以及在頻率足夠高的情況下,當二極管沒(méi)有導通時(shí) (由于有跨越二極管的寄生電容),此類(lèi)鉗位都將使輸入信號向 3.3V 電源施加噪聲。

5V轉3.3V電路圖

為了防止輸入信號對電源造成影響,或者為了使輸入應對較大的瞬態(tài)電流時(shí)更為從容,對前述方法稍加變化,改用齊納二極管。齊納二極管的速度通常要比第一個(gè)電路中所使用的快速信號二極管慢。不過(guò),齊納鉗位一般來(lái)說(shuō)更為結實(shí),鉗位時(shí)不依賴(lài)于電源的特性參數。鉗位的大小取決于流經(jīng)二極管的電流。這由 R1 的值決定。如果 VIN 源的輸出阻抗足夠大的話(huà),也可不需要 R1。

5V轉3.3V電路圖

如果需要不依賴(lài)于電源的更為精確的過(guò)電壓鉗位,可以使用運放來(lái)得到精密二極管。電路如圖 17-3所示。運放補償了二極管的正向壓降,使得電壓正好被鉗位在運放的同相輸入端電源電壓上。如果運放是軌到軌的話(huà),可以用 3.3V 供電。

5V轉3.3V電路圖

由于鉗位是通過(guò)運放來(lái)進(jìn)行的,不會(huì )影響到電源。

運放不能改善低電壓電路中出現的阻抗,阻抗仍為R1 加上源電路阻抗。


技巧十八:驅動(dòng)雙極型晶體管

在驅動(dòng)雙極型晶體管時(shí),基極 “驅動(dòng)”電流和正向電流增益 (Β/hFE)將決定晶體管將吸納多少電流。如果晶體管被單片機 I/O 端口驅動(dòng),使用端口電壓和端口電流上限 (典型值 20 mA)來(lái)計算基極驅動(dòng)電流。如果使用的是 3.3V 技術(shù),應改用阻值較小的基極電流限流電阻,以確保有足夠的基極驅動(dòng)電流使晶體管飽和。

5V轉3.3V電路圖

RBASE的值取決于單片機電源電壓。公式18-1 說(shuō)明了如何計算 RBASE。

5V轉3.3V電路圖

如果將雙極型晶體管用作開(kāi)關(guān),開(kāi)啟或關(guān)閉由單片機 I/O 端口引腳控制的負載,應使用最小的 hFE規范和裕度,以確保器件完全飽和。

5V轉3.3V電路圖

3V 技術(shù)示例:

5V轉3.3V電路圖


對于這兩個(gè)示例,提高基極電流留出裕度是不錯的做法。將 1mA 的基極電流驅動(dòng)至 2 mA 能確保飽和,但代價(jià)是提高了輸入功耗。


技巧十九:驅動(dòng)N溝道MOSFET晶體管

在選擇與 3.3V 單片機配合使用的外部 N 溝道MOSFET 時(shí),一定要小心。MOSFET 柵極閾值電壓表明了器件完全飽和的能力。對于 3.3V 應用,所選 MOSFET 的額定導通電阻應針對 3V 或更小的柵極驅動(dòng)電壓。例如,對于具有 3.3V 驅動(dòng)的100 mA負載,額定漏極電流為250 μA的FET在柵極 - 源極施加 1V 電壓時(shí),不一定能提供滿(mǎn)意的結果。在從 5V 轉換到 3V 技術(shù)時(shí),應仔細檢查柵極- 源極閾值和導通電阻特性參數,如圖 19-1所示。稍微減少柵極驅動(dòng)電壓,可以顯著(zhù)減小漏電流。

5V轉3.3V電路圖

對于 MOSFET,低閾值器件較為常見(jiàn),其漏-源電壓額定值低于 30V。漏-源額定電壓大于 30V的 MOSFET,通常具有更高的閾值電壓 (VT)。

5V轉3.3V電路圖

如表 19-1 所示,此 30V N 溝道 MOSFET 開(kāi)關(guān)的閾值電壓是 0.6V。柵極施加 2.8V 的電壓時(shí),此MOSFET 的額定電阻是 35 mΩ,因此,它非常適用于 3.3V 應用。

5V轉3.3V電路圖

對于 7201 數據手冊中的規范,柵極閾值電壓最小值規定為 1.0V。這并不意味著(zhù)器件可以用來(lái)在1.0V 柵 - 源電壓時(shí)開(kāi)關(guān)電流,因為對于低于 4.5V 的VGS (th),沒(méi)有說(shuō)明規范。對于需要低開(kāi)關(guān)電阻的 3.3V 驅動(dòng)的應用,不建議使用 IRF7201,但它可以用于 5V 驅動(dòng)應用。


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5V轉3.3V電路圖