如何用分立元件做MOS驱动电路？

对于硬件开发，往往有上手比较棘手的两个地方，一个是MOS驱动，另一个是运放设计。MOS驱动常常用于电机驱动、三相逆变以及其他大功率场合，而运放设计就是如何准确的采集电路流过的电流，其实两个电路在实际中都是相互相成，有MOS驱动往往就有运放设计，而这一期主要总结下我自己设计的驱动板中，用分立元件搭建的MOS驱动调试中遇到的问题、自己的分析以及解决方法。

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如何用分立元件做MOS驱动电路

图1 分立元件MOS驱动电路

如图1所示，这是用三极管、二极管、电阻、电容分立元件搭建的MOS驱动电路。分析情况如下：

当VH为高电平，Q4就会导通是的Q1的基极为低电平，同时使得Q1导通，VCC-10V电压通过二极管D1、三极管Q1、二极管D2、电阻R1驱动MOS管Q2的G极；

当VH为低电平，Q4就不会导通，所以Q1的基极没有电流流过也处于截止状态，所以VCC-10V电压不会通过三极管Q1，那么没有电压驱动MOS管Q2的G极，由于MOS管Q2内部寄生电容和电容C2的存在，G极处存在累计电荷，要通过三极管Q3和电阻R5释放掉；

当VL为低电平，Q7基极有电流流过，所以Q5的集电极和发射极导通，导致Q5基极也流过电流，所以VCC-10V电压通过三极管Q5、二极管D3、电阻R7对MOS管的G极进行驱动；

当VL为高电平，Q7基极无电流流过，所以三极管Q7不会导通，那么导致Q5的发射极和基极处于等电位，Q5的基极也无电流流过，Q5也处于截止状态，同理三极管Q8和电阻R12组成放电电路对G极电荷进行放电。

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分析驱动电路自举电容的作用

这里面有个元件可能刚上手分析的时候，弄不懂作用，是哪个呢？是电容C1。由于电容上的电压不能突变，这里利用电容这个特性来更好的驱动MOS管的G极，这里你肯定有所疑问，那么没有这个电容就不能驱动吗？答案：不能。

在分析电容C1的作用时，首先需要明白，MOS管导通的条件是：

G极对地电压还是GS之间的电压差？

由于MOS驱动是G极电压和S极电压的电位差，所以当MOS管导通时，VAAA电压直接加到MOS管的S极，（这里假设VAAA电压为12V，G极对地驱动电压为10V）所以MOS管的GS电压差为：10V-12V=-2V，由于GS之间为负电压，对于N沟道的MOS管，会导致DS之间处于截止状态，所以需要一个电压来抬高G极之间的电压，当然有种方法是直接用高电压电源直接驱动G极，但是通过MOS管的G极耐压都是非常有限的，那么这个时候电容的作用就体现出来了，当MOS管导通会使得S极电压为VAAA，由于电容的一端与MOS的S极连接，所以这一端电容电压瞬间为VAAA，由于电容上电压不能突变的特性，使得电容另一端电压也增加了VAAA，所以电容另一端的电压约等于VAAA+VCC-10V，如图2所示，这里用了二极管D1来隔离电容C1上电压和VCC-10V，这样的做法使得MOS管导通后，G极驱动电压克服了S极电压抬高的原因。

图2 驱动电路中自举电容电压的变化

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实际调试中一些问题分析以及解决方法

图3 BLDC驱动电路

如图3所示，这是利用六个MOS驱动三相电机的方案图，这里采用H-PWM_L-ON的方式进行各个桥臂驱动（上桥给PWM进行驱动，下桥给导通信号驱动），要使得UV导通，那么要给MOS管Q17PWM信号，同时使得MOS管Q21导通。

图4 驱动电路MOS管G极对地电压波形

如图4所示，这是测得MOS管Q17的G极对地电压，图中波形有明显的尖峰，同时在实验时MOS管容易发热，就可以分析是MOS驱动电路没有配置好。观察波形发现，这个波形不是超调类导致的，所以判断是MOS驱动连接的电阻过大导致驱动电流过小导致，这里将电路中电阻改为50Ω、15Ω、0Ω进行实验，如下图所示。

图5 三种驱动电阻变化后波形

如图5、6所示，将驱动电阻从100、50、15、0变化发现，驱动波形虽然有略微变化，但是驱动波形上升速度还是比较慢，这种上升比较慢的波形蛮像电容充电波形，这时检查MOS管的G极有无电容，检查发现有两个电容：一个是与G极直接连接的电容C2、另一个是相间电容C4，如下图所示：

图6 影响MOS管G极驱动波形电容

如图6所示，有可能是电容C2和C4的影响，所以将两个电容同时去掉后，再进行实验后，波形如下所示：

图7 去掉电容后波形

如图7所示，将两个电容去掉后，驱动波形明显上升速度有所提高，但是为什么下降电压会到负值？主要是电机内部电感的存在，电流不能马上突变到0，需要通过下桥进行续流。

图8 U+V-导通时电流走向

如图8所示，这是U上桥和V下桥导通时电流走向图，其中电流内部电感的电压为左正右负。

图9 U+不导通时电流续流走向

如图8所示，这是U上桥不导通和V下桥导通时电流续流走向图，其中电流内部电感的电压为左负右正。由于分立元件驱动电路中G极通过电压和三极管和U相直接连接，没有进行隔离，所以G极电压可以下降到负电压，这是正常的。实验中是测量G极对地电压，这是错误的，实际是测GS之间的电压，如下图所示：

图10 GS之间电压波形

如图10所示，这是将MOS管驱动电阻换为50Ω，G极电容去掉，并测量GS之间的电压波形，还是比较好的驱动波形，实际驱动电机，也没有明显的发烫。