采用驱动IC和NMOS的防反电路设计

SCD----PMOS防反电路设计

引言：无论是常规的低侧NMOS防反接电路还是高侧的PMOS防反接电路均有其局限性。本节简述采用驱动IC加NMOS的方案做防反电路的设计及其优点。

1高边NMOS防反

PMOS的高边防反接使用自驱效应，但其存在待机电流偏大和电流反灌隐患，并且PMOS价格偏高，几乎没有使用驱动IC PMOS高边防反这种设计，所以为了均衡价格因素和Rdson，消除待机电流偏大和电流反灌隐患（若单纯使用高边NMOS，也会有待机电流和电流反灌问题），使用驱动IC NMOS这种高边防反接设计。但这里并不是否定低边NMOS防反和高边PMOS防反，实际上低边NMOS防反和高边PMOS防反使用的更多，驱动IC NMOS这种方式一方面是为了应对测试机构的测试用例，一方面是应对可预见的实际问题。通常使用高边PMOS防反接并没有什么问题。

使用高边NMOS防反接，通常没有足够高的电压来驱动栅极，此时可以使用驱动IC来从高边取电，输出比S极更高的电压来驱动NMOS导通，驱动IC有两种：电荷泵型和Buck-Boost型，见图11-1。带驱动IC这种形式，虽然这增加了电路的复杂性，但N沟道MOSFET的导通电阻较低。

在大部分时间都处于正常连接供电场景中，由于电荷泵型和Buck-Boost型将额外消耗电流（需要不断地工作产生驱动电压维持NMOS的开启），单纯的高边PMOS防反接效率反而更好。

图11-1：高边NMOS防反驱动--->NMOS 驱动IC

2.电荷泵驱动NMOS

如图11-2所示，这是一个采用电荷泵做NMOS驱动的简图：

图11-2：电荷泵驱动NMOS高边开关

Ctrl控制电荷泵工作产生高压驱动NMOS导通工作。

如图11-3是电荷泵驱动内部图，Ci是小电容，充放电速度快，Co是大电容，负载能力强。通过频繁的开关，S1、S2和S3、S4就能不断地将Ci上的电荷搬运到Co上，而Co是相对于输入电压，因此我们就能够得到比输入电压更高的驱动电压。当需要驱动NMOS导通时，使能开关S0。当不需要驱动NMOS导通时，失能S0。

图11-3：电荷泵驱动NMOS高边开关简图

采用电荷泵型的驱动方案，整体物料少，成本较低，适用于电流不大的场景。

3.Buck-Boost型驱动NMOS

如图11-4所示，是一个基于Buck-Boost拓扑的NMOS驱动拓扑。当Buck-Boost的S1导通时，输入电压通过电感储能，电感电压上正下负。当Buck-Boost的S1关断时，电感产生反向电动势，下正上负，通过二极管给电容C1充电，这样C1的电压就会高于输入电压，也即VGS大于开启阈值。

图11-4：电感通过二极管释放能量，电感电压上负下正给电容充电

采用Buck-Boost型的防反方案，IC的驱动能力强，EMC性能好，适用于大电流，追求高性能的场合，比如汽车各类域控制器、汽车音响系统，汽车USB PD充电器。