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  • 为何通常都把P管放在高边,N管放在低边
    • 发布时间:2024-12-19 18:46:00
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    为何通常都把P管放在高边,N管放在低边
    如下图,上边使用了PMOS管作为高边开关,下边使用NMOS管作低边开关,这两种驱动电路都能有效地控制负载的工作。
    那为什么通常都把P管放在高边,N管放在低边呢?
    P管高边 N管低边
    MOS管作为一种开关,可以放在负载前也可以放在负载后。
    这是由两种开关管的开启条件不同所导致的。
    一般会有两种情况,第一种是高边驱动,开关MOS与电源直接相连,第二种就是低边驱动,开关MOS与地相连。
    我们来看两者的导通条件:
    增强型NMOS:GS之间的压差Vgs>阈值电压Vgs(th)。
    当NMOS放在低边处,S极接在GND,导通即:控制G极电压高于0并超过阈值即可。
    增强型PMOS:与NMOS正好相反,GS之间的压差Vgs<阈值电压Vgs(th)。
    当PMOS放在高边时,S极接Vbat是固定的。导通即:控制G极电压低于Vbat且差值超过阈值即可。
    那如果NMOS和PMOS位置互换呢?
    由于基准S极电位浮动,再控制G极电压就会相对变得复杂。
    下面电路设计实例:
    通过MCN控制功率电路通断,使输出电压Vo能够随时等同于Vbat或者0,从而控制给后续负载电路的供电。
    P管高边 N管低边
    首先,Vbat电压是确定的,Vo及后级电压是不固定的。
    我们以Vbat作为固定的基准电压来采用HSD高边驱动进行控制开关管。
    高边驱动优先考虑PMOS进行控制,只需G极电压低于Vbat一些即可。(如果采用NMOS,就需要考虑提供高于Vbat电压的G极控制信号)。
    如图,电阻R1的作用是用来保证GS之间的电压差。
    这里需要注意PMOS的连接,需要将S极接到固定电位的Vbat上,如果接反的话就会导致体二极管直接导通,失去控制能力。
    P管高边 N管低边
    接下来如何控制G极实现2种电压状态的变化?
    可以考虑采用分压电阻的方式:
    如图增加电阻R2,当小开关断开时,R2下端悬空,PMOS的G极电压由于R1 应为VBAT,VGS=0,PMOS保持关断。
    P管高边 N管低边
    如果想要控制这个小开关,用一个三极管就可以了。
    MCU控制其基极,当MCU输入低电平,三极管无法导通,R2下端悬空,PMOS保持关断;当MCU输入高电平,三极管便会导通,R2经过三极管接到地,实现对P管的G极的分压降压,最终实现导通。
    此电路设计注意要点:
    1. 三极管的be极之间有PN结,存在导通压降(约0.7V),计算R1、R2电阻分压的G极电压时要把0.7V算进去;
    2.R3作用在于限制三极管输入电流Ibe,R4作用是当MCU引脚为悬空时保证基极电压为0的,使三极管有效关断。
    3.与R1并联的二极管D1的作用是保护MOS管,防止当外接电源VBAT电压异常过压,超过MOS允许的GS间最大电压而损坏MOS。
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