自舉升壓結構設計雙電壓MOSFET驅動電路-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-04-12
在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數字電壓，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。
這就提出一個要求，需要使用一個電路，讓低壓側能夠有效的控制高壓側的MOS管，同時高壓側的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。
在這三種情況下，圖騰柱結構無法滿足輸出要求，而很多現成的MOS驅動IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結構。
設計一個相對通用的電路來滿足這三種需求。
電路圖如下：
圖1 用于NMOS的驅動電路
圖2 用于PMOS的驅動電路
這里我只針對NMOS驅動電路做一個簡單分析：Vl和Vh分別是低端和高端的電源，兩個電壓可以是相同的，但是Vl不應該超過Vh。Q1和Q2組成了一個反置的圖騰柱，用來實現隔離，同時確保兩只驅動管Q3和Q4不會同時導通。
R2和R3提供了PWM電壓基準，通過改變這個基準，可以讓電路工作在PWM信號波形比較陡直的位置。 Q3和Q4用來提供驅動電流，由于導通的時候，Q3和Q4相對Vh和GND最低都只有一個Vce的壓降，這個壓降通 常只有0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。
R5和R6是反饋電阻，用于對gate電壓進行采樣，采樣后的電壓通過Q5對Q1和Q2的基極產生一個強烈的負反饋， 從而把gate電壓限制在一個有限的數值。這個數值可以通過R5和R6來調節。
最后，R1提供了對Q3和Q4的基極電流限制，R4提供了對MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限 制。必要的時候可以在R4上面并聯加速電容。
這個電路提供了如下的特性：
1，用低端電壓和PWM驅動高端MOS管。
2，用小幅度的PWM信號驅動高gate電壓需求的MOS管。
3，gate電壓的峰值限制
4，輸入和輸出的電流限制
5，通過使用合適的電阻，可以達到很低的功耗。
6，PWM信號反相。NMOS并不需要這個特性，可以通過前置一個反相器來解決。
自舉升壓電路的原理圖如圖1所示。所謂的自舉升壓原理就是，在輸入端IN輸入一個方波信號，利用電容Cboot將A點電壓抬升至高于VDD的電平，這樣就可以在B端輸出一個與輸入信號反相，且高電平高于VDD的方波信號。
具體工作原理如下：
當VIN為高電平時，NMOS管N1導通，PMOS管P1截止，C點電位為低電平。
同時N2導通，P2的柵極電位 為低電平，則P2導通。這就使得此時A點電位約為VDD，電容Cboot兩端電壓UC≈VDD。
由于N3導通，P4截止，所以B點的電位為低電平。這段時間稱為預充電周期。
當VIN變為低電平時，NMOS管N1截止，PMOS管P1導通，C點電位為高電平，約為VDD。同時N2、N3截止，P3導通。這使得P2的柵極電位升高，P2截止。
此時A點電位等于C點電位加上電容Cboot 兩端電壓，約為2VDD。而且P4導通，因此B點輸出高電平，且高于VDD。這段時間稱為自舉升壓周期。
實際上，B點電位與負載電容和電容Cboot的大小有關，可以根據設計需要調整。具體關系將在介紹電路具體設計時詳細討論。在圖2中給出了輸入端IN電位與A、B兩點電位關系的示意圖。
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