采用驱动IC和NMOS的防反电路设计

时间:2023-06-28来源:佚名

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。

采用驱动IC和NMOS的防反电路设计

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:

采用驱动IC和NMOS的防反电路设计

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。

采用驱动IC和NMOS的防反电路设计

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。

采用驱动IC和NMOS的防反电路设计

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。

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