為什么通常都把P管放在高邊,N管放在低邊呢?(電路設計實例)

日期:2024-12-20 分類:產品知識 瀏覽:723 來源:廣東佑風微電子有限公司


如下圖,上邊使用了PMOS管作為高邊開關,下邊使用NMOS管作低邊開關,這兩種驅動電路都能有效地控制負載的工作。

那為什么通常都把P管放在高邊,N管放在低邊呢?

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MOS管作為一種開關,可以放在負載前也可以放在負載后。

這是由兩種開關管的開啟條件不同所導致的。

一般會有兩種情況,第一種是高邊驅動,開關MOS與電源直接相連,第二種就是低邊驅動,開關MOS與地相連。

我們來看兩者的導通條件:

增強型NMOS:GS之間的壓差Vgs>閾值電壓Vgs(th)。

當NMOS放在低邊處,S極接在GND,導通即:控制G極電壓高于0并超過閾值即可。

增強型PMOS:與NMOS正好相反,GS之間的壓差Vgs<閾值電壓Vgs(th)。

當PMOS放在高邊時,S極接Vbat是固定的。導通即:控制G極電壓低于Vbat且差值超過閾值即可。

那如果NMOS和PMOS位置互換呢?

由于基準S極電位浮動,再控制G極電壓就會相對變得復雜。

下面電路設計實例:

通過MCN控制功率電路通斷,使輸出電壓Vo能夠隨時等同于Vbat或者0,從而控制給后續(xù)負載電路的供電。

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首先,Vbat電壓是確定的,Vo及后級電壓是不固定的。

我們以Vbat作為固定的基準電壓來采用HSD高邊驅動進行控制開關管。

高邊驅動優(yōu)先考慮PMOS進行控制,只需G極電壓低于Vbat一些即可。(如果采用NMOS,就需要考慮提供高于Vbat電壓的G極控制信號)。

如圖,電阻R1的作用是用來保證GS之間的電壓差。

這里需要注意PMOS的連接,需要將S極接到固定電位的Vbat上,如果接反的話就會導致體二極管直接導通,失去控制能力。

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接下來如何控制G極實現2種電壓狀態(tài)的變化?

可以考慮采用分壓電阻的方式:

如圖增加電阻R2,當小開關斷開時,R2下端懸空,PMOS的G極電壓由于R1 應為VBAT,VGS=0,PMOS保持關斷。

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如果想要控制這個小開關,用一個三極管就可以了。

MCU控制其基極,當MCU輸入低電平,三極管無法導通,R2下端懸空,PMOS保持關斷;當MCU輸入高電平,三極管便會導通,R2經過三極管接到地,實現對P管的G極的分壓降壓,最終實現導通。

此電路設計注意要點:

1. 三極管的be極之間有PN結,存在導通壓降(約0.7V),計算R1、R2電阻分壓的G極電壓時要把0.7V算進去;

2.R3作用在于限制三極管輸入電流Ibe,R4作用是當MCU引腳為懸空時保證基極電壓為0的,使三極管有效關斷。

3.與R1并聯的二極管D1的作用是保護MOS管,防止當外接電源VBAT電壓異常過壓,超過MOS允許的GS間最大電壓而損壞MOS。



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