電路分析-NMOS管應(yīng)用于高邊開關(guān)(high-sidedriver)-KIA MOS管

NMOS是控制電路中常用的開關(guān)器件，當(dāng)然也有用于放大電路的場(chǎng)景。NMOS作為開關(guān)時(shí)，常用于低邊控制(low-sidedriver)，如下所示的電路圖。

圖1NMOS用于低邊控制(low-sidedriver)

但是，在研究某一產(chǎn)品時(shí)，發(fā)現(xiàn)將NMOS管用于高邊開關(guān)(high-sidedriver)，即類似下圖的情況。

圖2NMOS用于高邊控制(high-sidedriver)

這個(gè)電路在應(yīng)用時(shí)，一定要注意NMOS的柵極(Gate)電壓高于漏極(Drain)電壓且滿足導(dǎo)通狀態(tài)下VGS>VGS(th)，否則，當(dāng)NMOS導(dǎo)通時(shí)，VGS<VGS(th)，不滿足開啟條件，NMOS關(guān)就會(huì)關(guān)斷。這樣，NMOS管就會(huì)處于開啟-關(guān)斷的臨界狀態(tài)，從而不能用于開關(guān)。

除此之外，NMOS用于高邊開關(guān)時(shí)，還會(huì)有其他的問(wèn)題。用相關(guān)的資料，對(duì)NMOS管應(yīng)用于高邊開關(guān)的場(chǎng)景做一下分析。

N-MOS和P-MOS功率級(jí)

許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品也使用N溝道MOSFET作為高端驅(qū)動(dòng)器。在這種配置中，與P溝道MOSFET相比，源極和漏極是交換的。然后，MOSFET在電壓跟隨器電路中工作。

驅(qū)動(dòng)這種MOSFET更復(fù)雜，因?yàn)樗臇艠O現(xiàn)在與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出有關(guān)，即浮動(dòng)電平，而不是像供電軌那樣的固定電平。此外，它的柵極必須驅(qū)動(dòng)到高于正電源電壓的電壓，才能完全打開MOSFET。

NMOS用于高邊開關(guān)時(shí)，由于源極(Source)接負(fù)載，就會(huì)存在兩個(gè)問(wèn)題：

源極(Source)懸空；

柵極(Gate)電壓要高于漏極(Drain)供電電壓。

而且還會(huì)帶來(lái)不穩(wěn)定的情況：

P溝道MOSFET是高端驅(qū)動(dòng)器的自然選擇。它效率高，堅(jiān)固耐用，易于控制。操作可達(dá)到驅(qū)動(dòng)芯片的最大電源電壓。高側(cè)NMOS柵極驅(qū)動(dòng)器更復(fù)雜，在高dU/dt時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器本身是浮動(dòng)的，即其相對(duì)GND電勢(shì)與驅(qū)動(dòng)器輸出相同。

有時(shí)，當(dāng)不可預(yù)見的事件（例如，電機(jī)外側(cè)的ESD事件）導(dǎo)致斜坡加速時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種情況。由于N通道高端驅(qū)動(dòng)器控制芯片可以直接看到斜率，因此可能會(huì)超過(guò)允許的最大dU/dt。這可能會(huì)損壞駕駛員并導(dǎo)致突然出現(xiàn)故障。

相比較而言，PMOS管就相當(dāng)適合高邊開關(guān)的應(yīng)用，控制起來(lái)較為簡(jiǎn)單。以下分別是N&N-MOS和N&P-MOS控制電路的對(duì)比。

圖3N&N-MOS和N&P-MOS控制電路的對(duì)比

NMOS用于高邊開關(guān)的應(yīng)用電路圖。

圖4NMOS作為高邊開關(guān)時(shí)NMOS的柵極控制電路

如圖中所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高時(shí)，箭頭的方向即是電流流動(dòng)的方向，Q2導(dǎo)通，Q3截止，NMOS的VGS高于開啟閾值，因此，NMOS就可以開啟。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低時(shí)，可做類似分析。

可以看出，對(duì)柵極控制部分來(lái)說(shuō)，還是比較復(fù)雜的，所以對(duì)于無(wú)特殊需求的情況，還是老老實(shí)實(shí)將NMOS用于低邊控制開關(guān)。

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