标签: 开关控制

MOS 管开关电路实际应用 ( 一 ) 场景描述：一个小系统，要外挂一个功能模块（后面描述简称模块），这功能模块的供电方式是由 MOS 开关管电路来控制的，控制信号为小系统主控发出。已知小系统的正常供电电压最低为 4.5V ，极限低电为 4.0V ，若供电电压低于 4.0V ，则电源管理芯片则会断电自锁（由 UVLO 控制），所以电源供电电压瞬间不能低于 4.0V ，否则系统不开机。 下图 MOS 开关电路是用来控制功能模块的电源，各参数是初始设置。 下面给系统上电，发现系统开不了机，为了查明原因，用示波器测得输入输出电压波形为 从第一张图看，系统上电后，功能模块电源开通下又立马掉电了，第二张图是将开关电路输出电压放大来看时的情况，模块电源开通的瞬间把输入电源的电压拉低了，且低于了 4.0V ，所以系统开不了机。 这里可能的原因是模块功耗较大，将电源电压拉下来了，又可能是开关电路本身的原因。 下面开始来做实验，这里的实验以实际测量为主，不做基本理论和公式化分析。 1. 将输入输出直接短路，去掉开关电路，测得电源电压没有被瞬间拉到 4.0V 以下，所以系统可以正常工作。这里说明，电源的供电还是满足系统工作要求的。另一方面也说明还是开关电路存在某些问题。 那存在什么问题呢？这里应该是开关线路开启太快，瞬间完全开启，导致功率瞬间上来将输入电压拉低。那怎么样将开关电路慢慢开启呢？下面继续来做实验。 2. MOS 管开关线路各参数设置一（对各电阻电容的参数重新配置），如图 用示波器测得输入输出电压波形为 从波形上看这种参数设置是可以让系统正常工作的，实际上也确实如此。 3. MOS 管开关线路各参数设置二，如图 用示波器测得输入输出电压波形为 从波形来看，这种设置不能让系统正常工作。 4. MOS 管开关线路各参数设置三，如圖 用示波器测得输入输出电压波形为 这里的设置也是不能让系统开机。 5. MOS 管开关线路各参数设置四，如图 用示波器测得输入输出电压波形为 实际测得一样不能让系统正常开机。 6. MOS 管开关线路各参数设置五，如图 用示波器测得输入输出电压波形为 这里实际测得也是不能让系统开机。 7. MOS 管开关线路各参数设置六，如图 用示波器测得输入输出电压波形为 栅源极间的电容改用电解电容也是不能让系统正常开机。 8. MOS 管开关线路各参数设置七，如图 用示波器测得输入输出电压波形为 4.85V 输入时的输出波形： 4.73V 輸入時的情況 从波形上看,输出电压得到了缓慢上升而没有直接升到最高，这里的设置是可以满足系统正常开机的。 9. MOS 管开关线路各参数设置八，如图 用示波器测得输入输出电压波形为 当电源供电为 4.84V 时系统开不了机 . 4.9V 可以 , 当低于 4.9V 时系统就开不了机了。 总结： 通过上述的实验，可以知道 MOS 开关电路的有关参数设置不对时会引起系统方面的问题，要按实际使用情况来调整，有时候一些电路不是拿来就能用的， 各参数间要配合好才能达到我们所想要的结果 。控制信号的 RC 调整可以使得开关缓慢开启，避免了瞬间开通导致大功率影响的情况， MOS 管栅源极间的电容参数的调整可以使得开关导通瞬间上的功率对输入电压的影响得到减缓。 有不当之处还请各位读者指正，谢谢！ END

三极管比较便宜，用起来方便，常用在数字电路开关控制。一般来说低成本场合，普通应用的先考虑用三极管。三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触点开关。 在数字电路设计的中，往往需要把数字信号经过开关扩流器件来驱动一些蜂鸣器、LED、继电器等需要较大电流的器件，用得最多的开关扩流器件要数三极管。然而在使用的过程中，如果电路设计不当，三极管无法工作在正常的开关状态，就达不到预期的目的，有时就是因为这些小小的错误而导致重新打板，导致浪费。本人在这个方面就吃过亏，所以把自己使用三极管的一些经验以及一些常见的误区给大家分享一下，在电路设计的过程中可以减少一些不必要的麻烦。 下面来看几个三极管做开关的常用电路画法。几个例子都是蜂鸣器作为被驱动器件。 （点击查看大图） 图一的a 电路用的是NPN管，注意蜂鸣器接在三极管的集电极，驱动信号可以是常见的3.3V或者5VTTL，高电平开通，电阻按照经验法可以取4.7K。例如a电路，开通时假设为高电平5V，基极电流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA，可以使三极管完全饱和。b 电路用的是PNP管，同样把蜂鸣器接在三极管的集电极，不同的是驱动信号是5V的TTL电平。以上这两个都可以正常工作，只要PWM驱动信号工作在合适的频率，蜂鸣器（有源）都会发出最大的声音。 （点击查看大图） 图二的这两个电路相比图一来说，最大的区别在于被驱动器件接在三极管的发射极。同样看c电路，开通时假设为高电平5V，基极电流Ib=(5V-0.7V-UL)/4.7K，其中UL为被驱动器件上的压降。可以看到，同样取基极电阻为4.7K，流过的基极电流会比图一a电路的要小，小多少要看UL是多少。如果UL比较大，那么相应的Ib就小，很有可能导致三极管无法工作在饱和状态，使得被驱动器件无法动作。有人会说把基极电阻减小就可以了呀，可是被驱动器件的压降是很难获知的，有些被驱动器件的压降是变动的，这样一来基极电阻就较难选择合适的值，阻值选择太大就会驱动失败，选择太小，损耗又变大。所以，在非不得已的情况下，不建议选用图二的这两种电路。 （点击查看大图） 我们再来看图三这两个电路。驱动信号为3.3VTTL电平，而被驱动器件开通电压需要5V。在3.3V的MCU电路中，不小心的话很容易就设计出这两种电路，而这两种电路都是错误的。先分析e电路，这是典型的“发射极正偏，集电极反偏”的放大电路，或者叫射极输出器。当PWM信号为3.3V时，三极管发射极电压为3.3V-0.7V = 2.6V，无法达到期望的5V。图三f电路也是一个很失败的电路，首先这个电路开通是没有问题的，当驱动信号为低电平时，被驱动器件可以正常动作。然而这个电路是无法关断的，当驱动信号PWM为3.3V高电平的时候，Ube = 5V - 3.3V = 1.7V仍然可以使三极管开通，于是无法关断。在这里，有人会说用过这个电路，没有问题啊，而且MCU的电压也是3.3V。我说你用的肯定是OD（开漏）驱动方式，而且是真正的OD或者是5V容忍的OD，比如STM32的很多IO口都可以设置为5V容忍的OD驱动方式（但是有些是不行的）。当驱动信号为OD门驱动方式时，输出高电平，信号就变成了高阻态，流过基极的电流为零，三极管可以有效关断，这个时候f电路依然有效。 （点击查看大图） 综合以上几种电路的情况分析，得到图四这两种个人认为是最优的驱动电路，与图一不同的是，图四在基极与发射极之间多加了一个100K的电阻，这个电阻也是有一定作用的，可以让三极管有一个已知的默认状态。当输入信号去除的时候，三极管还处于关断状态。在安全和稳定的方面考虑，多加的这个电阻还是很有必要的，或者说可以让三极管工作在更好的开关状态。 三极管作为开关器件，虽然驱动电路很简单，要使电路工作更加稳定可靠，还是不能掉以轻心。为了不容易出错，个人建议是优先采用图四的电路，尽量不采用图二的电路，避免使用图三的工作状况。 来源： 蓝海之鸟的博客 EDNC BLOG