MOS管驅(qū)動應(yīng)用電路與開關(guān)電源10大工作原理圖-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-06-03
（一）簡介
開關(guān)電源又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個位準(zhǔn)的電壓，透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。開關(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(shè)備，例如個人電腦，而開關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)換。
（二）開關(guān)電源主要用途
開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)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(shè)備，視聽產(chǎn)品，安防監(jiān)控，LED燈帶，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
（三）開關(guān)電源主要分類
1、微型低功率開關(guān)電源
開關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應(yīng)用，低功率微型開關(guān)電源的應(yīng)用要首先體現(xiàn)在，數(shù)顯表、智能電表、手機(jī)充電器等方面?，F(xiàn)階段國家在大力推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，對電能表的要求大幅提高，開關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應(yīng)用。
2、反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源
反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源與一般串聯(lián)式開關(guān)電源的區(qū)別是，這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電壓是負(fù)電壓，正好與一般串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲能電感L只在開關(guān)K關(guān)斷時才向負(fù)載輸出電流，因此，在相同條件下，反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電流比串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的電流小一倍。
下面是開關(guān)電源10大工作原理圖解析：
在小功率設(shè)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整流橋電流又不滿足輸入功率要求，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，因為整流橋沒有配對，單純靠自身的V-I特性，一般是無法均流的，這樣就會造成兩個整流橋發(fā)熱不一致。而采用圖2的方式，通常認(rèn)為在一個封裝內(nèi)的兩個二極管是非常匹配的，是可以均分電流的，所以采用圖2的方式就可以實現(xiàn)整流橋的并聯(lián)了。
在驅(qū)動電路設(shè)計中，經(jīng)常會提到MOS管需要浮地驅(qū)動，那么什么是浮地驅(qū)動呢？簡單的說就是MOS管的S極與控制IC的地不是直接相連的，也就是說不是共地的。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二極管，所以控制IC的驅(qū)動信號不能直接接到MOS管的柵極，而需要額外的驅(qū)動電路或驅(qū)動IC，比如變壓器隔離驅(qū)動或類似IR2110這樣的帶自舉電路的驅(qū)動芯片。
當(dāng)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(qū)動MOS管。
在保護(hù)電路中，為了防止保護(hù)電路在保護(hù)點附近來回震蕩，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，如果沒有1M電阻，很明顯，VF電壓達(dá)到2.5V運(yùn)放輸出低電平，低于2.5V，運(yùn)放輸出高電平。增加1M電阻后，在運(yùn)放輸出低電平時，6腳電平為0.7+（2.5-0.7）*1000/1010=2.48V。當(dāng)VF低于6腳電平后，7腳輸出高電平（如果運(yùn)放供電15V，7腳輸出可按照14V計算）可以計算此時6腳電平為2.5+（14-2.5）*10/1010=2.61V，如果這是一個輸入欠壓保護(hù)電路，且VF為100：1的取樣，則當(dāng)輸入電壓高于261V，電路正常工作，當(dāng)電壓低于248V才會欠壓保護(hù)，這樣就增強(qiáng)了保護(hù)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：過欠壓保護(hù)電路、轉(zhuǎn)燈電路等
設(shè)計電源中，無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，正常來說，誤差放大器供電一般在15V左右，則誤差放大器的輸出在開環(huán)的時候為14V左右，隨著輸入信號的增加，達(dá)到穩(wěn)壓（穩(wěn)流）點后，誤差放大器從最高點開始降低直到閉環(huán)需要的值，在誤差放大器輸出降低過程中，時間越常自然輸出超調(diào)越大電路越不容易進(jìn)入穩(wěn)定。
增加一個二極管+穩(wěn)壓管后，可以在一定程度上改善這個問題，如下圖所示，如果穩(wěn)壓管是5V的，那么在開環(huán)的時候，誤差放大器輸出被鉗位在6V左右，這樣當(dāng)進(jìn)入閉環(huán)的時候，誤差放大器輸出就不是從14V開始下降而是從6V左右，降低到閉環(huán)需要的電壓值自然需要的時間就短，電路就越容易進(jìn)入穩(wěn)定。
大家可以去看看IC內(nèi)部的誤差放大器輸出，無論IC供電電壓多少伏，誤差放大器輸出電壓的最大值應(yīng)該都不會是IC供電電壓，而是6V左右吧，不知道是不是也是基于這個原因。
在設(shè)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(shè)計電路的時候，有時候會采用下圖所示電路，一個穩(wěn)壓環(huán)一個穩(wěn)流環(huán)，逐漸增加負(fù)載，穩(wěn)流環(huán)輸出低電平進(jìn)入限流，當(dāng)負(fù)載減小退出限流的時候，穩(wěn)壓環(huán)需要一個切換時間，那么就出現(xiàn)了兩環(huán)路都不工作的一個空白區(qū)，在這時間內(nèi)，電路相當(dāng)于開環(huán)，對電路來說，總歸不是好事。
但如果第二個電路，就不存在這樣的問題，限流的時候，穩(wěn)流環(huán)拉低穩(wěn)壓環(huán)的基準(zhǔn)，在這個過程中，兩個環(huán)路都在工作，即使在限流過程中，突然斷開負(fù)載，由于穩(wěn)壓環(huán)一直在工作，所以在很短時間內(nèi)電路就會進(jìn)入穩(wěn)定。而不會出現(xiàn)上述電路的空白區(qū)。
在電源變壓器設(shè)計過程中，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(rèn)一下，因為我們知道漏感儲存的能量是無法傳遞到副邊的，如果你的變壓器參數(shù)如上所說，你想想你的變壓器的效率會有多少？還有的網(wǎng)友會納悶，自己繞的變壓器明明漏感測試的不大，為什么在應(yīng)用中會出現(xiàn)那么大的尖峰？因為在實際工作中，不僅僅變壓器的漏感在起作用，你的布線電感也在起作用。
正確的測試漏感的方法應(yīng)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，更接近實際的情況。
這個圖是過欠壓、過流保護(hù)的電路，分別通過兩個光耦控制驅(qū)動信號，正常情況下光耦導(dǎo)通，MOS管導(dǎo)通，出現(xiàn)異常后光耦切斷，MOS管斷開，這個圖至少有兩個明顯的錯誤，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，通過拉低1腳的電平來實現(xiàn)穩(wěn)壓。
有的人覺得這種方式不合理，會采用下圖的方式，這種方式也是一樣的道理，這里以下圖為例說明電阻R5及R6的選擇。
電路中，R7、R8接成比例放大，放大倍數(shù)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(nèi)，電路都正常工作，對應(yīng)COMP端電壓，就是就是1V--4.4V（內(nèi)部二極管壓降認(rèn)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(yīng)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，當(dāng)光藕原邊流過最大電流的時候，副邊電流在R6上的壓降應(yīng)不小于4V。至于R5的選擇，我在另一個帖子提到，一般光偶原邊電流控制在5mA即可，這樣就可以選擇R6的值。
小功率反激類輸出電源，對于經(jīng)常設(shè)計的人來說，基本都是空載或輕載直接上電，由于 已經(jīng)輕車熟路，所以基本不會有什么問題，主要問題在于參數(shù)的優(yōu)化。但對于菜鳥或新手來說，有時候電路原理還不是很明了，想通過動手來加強(qiáng)印象，如果自己做出來的電源直接上電，估計炸機(jī)的可能性會超過一半，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(qū)動信號，如果單獨供電，IC都工作不正常的話，你如果直接上電后果是什么不用說了吧？IC單獨供電正常后，我一般都是找一個帶限流功能的直流輸出電源給自己設(shè)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，所以即使存在問題也是供電電源限流保護(hù)，空載輸出電壓正常再逐漸加載。
如果沒有帶限流功能的直流電源，我的意見也不要貿(mào)然直接加交流，可以在交流輸入端串聯(lián)一個白熾燈做限流功能，然后看空載是否正常，如果正常后再將白熾燈去掉加交流，這樣會安全一些。
上面這個圖，如果沒有R及L，就是一個很普通的反激電路輸出整流的兩個繞組，在這里，R為變壓器及布線部分的直流阻抗，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。
如果第一個繞組是穩(wěn)壓5V輸出的，在空載情況下，繞組基本沒有電流，R1、L1上壓降可以不考慮，二極管壓降為電流是零時候的壓降值。這個時候N1繞組電壓可以認(rèn)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，繞組空載的時候，輸出電壓為10.4V，隨著第二個繞組帶載電流增大，電阻R2及L2上壓降增加，二極管V2壓降也增加，那么C2上電壓逐漸開始降低，這個電壓的變化為N2繞組的負(fù)載調(diào)整率，而不是交叉調(diào)整率。
MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動，也有照明調(diào)光。
現(xiàn)在的MOS驅(qū)動，有幾個特別的應(yīng)用
1、低壓應(yīng)用
當(dāng)使用5V電源，這時候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu)，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導(dǎo)致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候，我們選用標(biāo)稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。
2、寬電壓應(yīng)用
輸入電壓并不是一個固定值，它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動電壓是不穩(wěn)定的。
為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當(dāng)提供的驅(qū)動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會引起較大的靜態(tài)功耗。
同時，如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時候gate電壓不足，引起導(dǎo)通不夠徹底，從而增加功耗。
3、雙電壓應(yīng)用
在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個電壓采用共地方式連接。MOS管驅(qū)動電路
這就提出一個要求，需要使用一個電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時高壓側(cè)的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。
在這三種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。
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