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，當然也有用于放大電路的場景。NMOS作為開關(guān)時，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，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)

這個電路在應(yīng)用時，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NMOS導(dǎo)通時，VGS<VGS(th)，不滿足開啟條件，NMOS關(guān)就會關(guān)斷。這樣，NMOS管就會處于開啟-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，還會有其他的問題。用相關(guān)的資料，對NMOS管應(yīng)用于高邊開關(guān)的場景做一下分析。

N-MOS和P-MOS功率級

許多競爭對手的產(chǎn)品也使用N溝道MOSFET作為高端驅(qū)動器。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)動這種MOSFET更復(fù)雜，因為它的柵極現(xiàn)在與電機驅(qū)動器輸出有關(guān)，即浮動電平，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，由于源極(Source)接負載，就會存在兩個問題：

源極(Source)懸空；

柵極(Gate)電壓要高于漏極(Drain)供電電壓。

而且還會帶來不穩(wěn)定的情況：

P溝道MOSFET是高端驅(qū)動器的自然選擇。它效率高，堅固耐用，易于控制。操作可達到驅(qū)動芯片的最大電源電壓。高側(cè)NMOS柵極驅(qū)動器更復(fù)雜，在高dU/dt時會出現(xiàn)問題，因為驅(qū)動器本身是浮動的，即其相對GND電勢與驅(qū)動器輸出相同。

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

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

圖3N&N-MOS和N&P-MOS控制電路的對比

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NMOS的柵極控制電路

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

可以看出，對柵極控制部分來說，還是比較復(fù)雜的，所以對于無特殊需求的情況，還是老老實實將NMOS用于低邊控制開關(guān)。

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