五个MOS管通用驱动电路设计方案

MOSFET作为常用的一种开关控制元件，在电子电路设计中使用它是不可避免的。

很多小伙伴在学习MOS管的时候，会有很多疑问，比如：使用单片机可以直接驱动MOSFET吗？为什么我们在使用MOSFET需要设计驱动电路？常用的驱动电路拓扑有哪些呢？

第一个问题：使用单片机可以直接驱动MOSFET吗？

其实非常简单，有一些小功率低控制电压场合，MOSFET是可以使用单片机直接驱动的，这个图是NMOS管2N7002K，在栅极和源极之间电压在4.5V的时候，导通电阻RDS是1.1欧姆，所以采用5V单片机就可以直接驱动。

这个串口通讯指示灯的驱动电路就是使用2N7002K去控制的。如果单片机直驱1个LED需要5mA电流，如果要直驱10个LED，那么就需要10*5mA=50mA的电流，这么大的功耗给单片机会带来不小的压力，而通过MOS控制，只需要5-10mA的电流，这样既能保证驱动LED的个数，又能保证芯片的功能稳定运行。

第二个问题：为什么我们在使用MOSFET需要设计驱动电路？

上面说到一些小功率应用的场合可以单片机直驱低压MOS的，而大部分高功率的MOSFET导通的时候，要想进入饱和导通状态，栅源极之间的控制电压绝对值要达到10V，甚至更高，单片机的I/O是不可能有这么大的输出的，所以需要设计驱动电路。

最后一个问题：常用的驱动电路拓扑有哪些呢？

既然要设计驱动电路，那常用的驱动电路拓扑有哪些呢？从是否隔离的角度，有非隔离、光耦隔离、变压器隔离，从被驱动MOS的电路结构来讲，有单管低边驱动、单管高边驱动、半桥驱动、全桥驱动。

为了更好地学习MOSFET驱动电路，我们根据常用的MOSFET应用电路，设计了一块评估板，上面包含了三极管低边推挽驱动、集成低边驱动，高边驱动、半桥驱动以及全桥驱动，输入信号全部采用光耦隔离。

首先是三极管低边推挽驱动。

这里测试使用的电源是DC12V，所以不需要额外的电源提供驱动电压，如果负载端的电压远高于控制电压，此时就要将驱动电压降到MOSFET的VGS的最大范围内。

三极管低边推挽驱动使用一个NPN管和一个PNP管，当输入信号为高电平时，上管N管导通，MOSFET的VGS被拉到12V，MOSFET导通，电流从负载经过MOS管流入GND，当输入信号为低电平时，下管P管导通，MOSFET的VGS被拉到GND，MOSFET关断，负载电流断开。我们给它加一个100Hz的脉冲信号，这个脉冲信号是通过STM32产生输出的，下面所有的实验都使用这个作为脉冲信号。我们通过示波器观察负载端的信号，可以看到负载端的信号变化也是100Hz。

这种推挽电路的是非常好用的，尤其是性价比较高的电源或者需要小控大的场合。对于驱动三级管的选择，可以使用8050和8550或者B772和D882这样的对管。

第二是集成低边驱动。

针对一些高速开关应用，很多厂家设计了集成低边驱动，例如这片TI的UCC27324，提供了高速双路 MOSFET 驱动器，高达 4A 峰值拉电流和 4A 峰值灌电流，并且它的输出级还能并联使用，以提供更高的单路驱动电流。负载时的上升和下降时间分别在35ns和25ns，开关速度非常快。

这个驱动器可以应用在多MOSFET并联使用的高速开关场合。

第三，高边驱动。

这里使用了一片安森美的FAN37311，输入端支持3.3V或5V数字信号直驱。

高边驱动和低边驱动的区别就是控制电源的极性，高边驱动控制正电源，低边驱动控制负极性，使用这块芯片，只需要很少的几个元件就可以构成一个BUCK降压电源。

第四，半桥驱动。

相信很多做电机驱动或同步整流的小伙伴非常熟悉。半桥驱动的MOS管不是单独的一个，而是一组，分上、下桥臂，HO控制上桥臂，LO控制下桥臂。我们测试使用的是IR2104，它只需要一个输入信号即可控制上下管，内部做了死区时间，我们在选择MOSFET的时候，要关注一下MOSFET的开关速度与死区时间。

单独使用半桥驱动一般应用在同步DC/DC整流，在电机控制或逆变器里，通常都是使用2个半桥构成一个全桥来使用。

第五，全桥驱动。

虽然使用半桥可以随意组合桥臂使用，但是外围还是比较复杂的，使用全桥控制芯片就很简单了，从我们使用的瑞萨HIP4082IBZT芯片就能看得出来。四个桥臂可以使用4个输入单独控制，也可以使用2个输入控制4个桥臂，如果在加一个反相器，只需要1个PWM信号即可控制4个桥臂。而且，可以通过DEL引脚配置死区时间。我们给它的BLI和ALI加一个互补输出的100Hz的PWM信号，可以看到负载端的信号变化也是100Hz。与单边驱动和半桥驱动不同的是，它的幅值在±12V之间变化，加一个低通滤波器，就是一个逆变器。

全桥一般应用在单相逆变里或需要控制速度和方向的直流电机驱动里。

以上这5种MOS管驱动全部验证通过，大家可以放心使用了。

来源：AI电堂