MOSFET使用與H橋驅動問題

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0、小敘閒言

最開始學習三極管的時候,很注重它的工作原理,後來到了實際應用,就直接把三極管或MOSFET直接當作一個開關器件使用。直到前這幾天,接觸到MOSFET組成的H橋驅動電路時,發現把它純當作一個開關器件來看,會出現許多問題。在這裏總一下問題和對出現問題的一些原因做一些分析。個人知識有限,很多地方思慮難免有所不足,希望能夠與網上各位一起學習交流。

目前我們一般將H橋驅動當作電機或步進電機的驅動,如下圖1所示,要做好驅動電路,必須得了解清楚MOSFET的一些原理,纔不會出錯。

 圖1 H橋全橋驅動電機

1、單個MOSFET作驅動

先來看一下MOSFET和三極管,它們倆功能上差不多,但是原理和應用範圍還是有較大的區別的。這裏主要討論一些MOSFET的應用,說得比較淺顯。MOSFET的門極(G極,gate),顧名思義就是將MOSFET導通的電壓,起到一個開關MOSFET的作用,三極管的基極(b),差不多也是這個作用。當Vgs的電壓在某一範圍時(典型地是2~5v),Vds≈0,也就是MOSFET導通了。因此,我們只需要通過控制Vgs的電壓,就可以開關MOSFET,這樣就起到了電子開關的作用。

圖2 MOSFET和三極管

MOSFET的驅動負載應該接在漏極(D),如下圖3所示。在圖中的左方電路中,G極電勢爲4v,而S極接地,即電勢爲0v,因此Vgs=4v,所以MOSFET導通,從圖中也可以看到Vd=0.075v,近似爲0。而圖中右方接負載的電路是無法帶動負載的(也就是無法導通MOSFET)。它的原因如下:如果下面右圖中的MOSFET導通,那麼Vs≈Vd=24v,此時Vgs=Vg-Vs=-20v,這是不會導通這個MOSFET的。而當MOSFET截止,那麼Ids≈0,這時又Vs=0,MOSFET又導通了,一導通後又像上面所說的過程,會截止。

圖3 MOSFET負載連接方式

2、H橋全橋驅動

有了上面單個MOSFET驅動電路的分析,理解H橋驅動也就很容易了。如下圖4所示(綠表示MOSFET導能,紅表示截止),如果想電機正轉,只需導通Q1和Q4,如果要反轉,需導通Q2和Q3。各情況下的電流方向在圖中已經表示得很清楚了。

圖4 H橋驅動電機電路

在導通各個MOSFET的時候,一定要注意:MOSFET的導通條件是Vgs>3v(一般來講是這個值),而不是Vg>3v,即不能簡單地認爲只要Vg>3v,就可導通MOSFET,從而驅動電路。通常情況下,Vg遠不止要大於3v。以上圖4中電機正轉的電路爲例,當Q1導通時,此時24v=Vd≈Vs,而這時,要保證Vgs>3v,就有Vg>(3+24=27)v,如何做到Vg有27v,甚至更高的電壓,這個時候就要有驅動電路來驅動MOSFET了,也就是要使用MOSFET驅動芯片。

心得總結

這也是項目中的一個小小問題,以前不是很明白MOSFET的工作原理,這裏犯下錯誤,讓我記憶深刻。日後在學習的過程中,要掌握好理論知識,也要多實踐,這樣才能更加深刻地理解。雖常聽長輩要學以致用,但是真正做到的,少之又少。一是我們一般沒有條件去使用我們的知識,二是我們本身對知識的理解就淺顯,認爲很難或者是太容易,讓我們無法使用或者沒必要去過多留心它。

熟悉了MOSFET的使用後,想對PN結的工作原理進行更深的認識,後面打算總結一下。最後,希望這點總結能夠給各位正在學習H橋的同學解點點疑惑,同時,個人知識有限,如果文中有什麼不正確之處,還請各位同學多多指教。

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