图腾柱电路简介
图腾柱就是上下各一个晶体管,上管为NPN,c极接正电源,下管为PNP,e极接负电源,注意,是负电源,是地。两个b极接到一起,接输入,上管的e和下管的c接到一起,接输出。用来匹配电压,或者提高IO口的驱动能力。有几种图腾柱电路的变种,一种是两管全用NPN,但是下管通过一个反相器接到输入,也起到同样作用;还有一种是下管的e接到地,两管之间靠一个稳压管代替负电源。
图腾柱电路工作原理分析
1)首先要确定的是你需要多少的驱动能力?要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?以MOSFET为例,驱动其实就是对MOS的门级电容的充放电,这就要考虑你有几个MOS并联,门级电容有多大?MOS的Rg有多大,加上驱动回路寄生电感等,其实就是一个LRC串联回路。
2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。
3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。
4)这个时候再考虑的就是你PCB板layout的空间,位置,准备为这个电路花多少钱选器件,用MOS还是BJT,综合考虑,然后就想办法选器件吧,当然还要考虑IC的输出信号和你选的图腾柱器件(MOS或BJT)之间也是个回路,这会不会有问题?
5)另外要考虑的是,这个图腾柱能不能彻底关掉,这就又要考虑N在上还是P在上,正开还是负开,比如选用PMOS做关断,关断时图腾柱输出会仍有一个等于Vgs电压的电压加在你的负载MOS上,如果这个电压高于你的负载MOS门槛的话,----这就意味着你没关掉,虽然你前面关掉了。更痛苦的是,前面和后面的MOS门槛电压tolerance都会非常大,再考虑到温度系数。
6)还要重点考虑的是图腾柱的器件也是要损耗功率的,所以要考虑它的温度及功耗会不会有问题。
总之,具体用时要考虑的问题还真不少,单挑一个出来都非常简单,但加到一块,还真要花点时间研究计算一下。因为是做产品,所有的规格参数,寄生参数,tolerance,温度,cost,PCB空间等等等等,前前后后的一堆问题都得面对,不象写paper或仿真,抓住一点,其它都可考虑为理想状态,这样当然很快可以推出理想的结果。
图腾柱电路应用需注意的问题
1、驱动MOS管或IGBT管,某些管子可能需要比较大的驱动电流或者灌电流,这时候就需要用到图腾柱电路,图腾柱的基本电路如图所示。
2、在实际使用中,如果我们就按照图中所示的电路的话,往往会因为走线电感与管子的结电容引起谐振而带来问题。这时候我们可以增加电路图中的R1与D1加速放电,避免引起共振。
3、如果我们的设备整个抗干扰能力较弱的话,我们会发现,图腾柱电路很容易受到干扰而产生有误动作。
4、为了提升图腾柱的抗干扰能力,我们可以将电路改为下图所示。
5、如果还存在问题,可以增加图中所示电容,就能完美解决图腾柱容易受到干扰等问题。