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為什麼通常都把P管放在高邊,N管放在低邊呢?(電路設計實例)
時間:2024-02-27
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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。

那為什麼通常都把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後。

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NMOSGS之間的壓差Vgs>閾值電壓Vgsth)。

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

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

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

那如果NMOSPMOS位置互換呢?

由於基準S極電位浮動,再控制G極電壓就會相對變得複雜。

下麵電路設計實例:

通過MCN控制功率電路通斷,使輸出電壓Vo能夠隨時等同於Vbat或者0,從而控制給後續負載電路的供電。

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首先,Vbat電壓是確定的,Vo及後級電壓是不固定的。

我們以Vbat作為固定的基準電壓來採用HSD高邊驅動進行控制開關管。

高邊驅動優先考慮PMOS進行控制,只需G極電壓低於Vbat一些即可。(如果採用NMOS,就需要考慮提供高於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。

這裏需要注意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體直接導通,失去控制能力。

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接下來如何控制G極實現2種電壓狀態的變化?

可以考慮採用分壓電阻的方式:

如圖增加電阻R2,當小開關斷開時,R2下端懸空,PMOSG極電壓由於R1 應為VBATVGS=0PMOS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R1R2電阻分壓的G極電壓時要把0.7V算進去;

2.R3作用在於限制三極管輸入電流IbeR4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.R1並聯的二極體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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(以上部分資料與圖片來源於網路)

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