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關于圖騰柱驅(qū)動的點點滴滴

2021/3/11 13:24:45??????點擊:

為什么取名圖騰柱? 

由于此結構畫出的電路圖有點兒像印第安人的圖騰柱,所以叫圖騰柱式輸出(也叫圖騰式輸出)。輸出極采用一個上電阻接一個NPN型晶體管的集電極,這個管子的發(fā)射極接下面管子的集電極同時輸出;下管的發(fā)射極接地。兩管的基極分別接前級的控制。就是上下兩個輸出管,從直流角度看是串聯(lián),兩管聯(lián)接處為輸出端。上管導通下管截止輸出高電平,下管導通上管截止輸出低電平,如果電路邏輯可以上下兩管均截止則輸出為高阻態(tài)。在開關電源中,類似的電路常稱為“半橋”。


一種比較有意思的解釋:

圖騰大多是出于部落中對生殖器官及其能力的崇拜,因為古時人類的壽命很短,生存困難,所以對能增加生存能力的生殖力很看重,說到男性身上就是這個人的那個能力很強,部落里的人就會很佩服他。圖騰柱驅(qū)動在電路上也具備了同樣的能力:向上向下的推動和下拉力量很強,速度很快,而且只要有電就不知疲倦。


圖騰柱驅(qū)動的作用與原理


圖騰柱驅(qū)動的作用:

圖騰柱型驅(qū)動電路的作用在于:提升電流驅(qū)動能力,迅速完成對于門極電荷的充電或者放電的過程。


什么情況下用到圖騰柱驅(qū)動?

某些管子可能需要比較大的驅(qū)動電流或者灌電流,這時候就需要用到圖騰柱電路。

分析一下圖騰柱提升驅(qū)動的原理

器件作用說明:

Qn:N BJT

Qp:P BJT

Qmos:待驅(qū)動NMOS

Rb:基極電阻

Cb:加速電容

Rc:集電極電阻

Rg:驅(qū)動電阻


原理分析:

左邊一個輸入驅(qū)動信號Drv_b(驅(qū)動能力很弱)通過一個圖騰柱輸出電路,從三極管的發(fā)射極公共端出來得到驅(qū)動能力(帶載能力)大大增強的信號Drv_g;從能量的角度來講,弱能量信號Drv_b通過Qn和Qp的作用,從Vcc取電(獲取能量),從而變成了攜帶高能量的Drv_g信號;在這個能量傳遞的過程中,Qn和Qp分別交替工作在截至和飽和狀態(tài);

具體工作過程(邏輯分析)如下:

這里以方波為例,1代表高電平,0代表零電平,-1代表負電平;Vb表示Qn和Qp的公共基極電壓,Vqn_c表示Qn管子的集電極電壓,Vqn_be表示Qn管子基極-發(fā)射極電壓,Vqp_be表示Qp基極-發(fā)射極電壓

當輸入驅(qū)動信號Drv_b=1則Vb=1,Vqn_be=1,由于:Qn兩端有一個Vcc電壓,即Vqn_ce=1,所以,Qn管飽和導通,Qn管電流主要由集電極流向發(fā)射極,Drv_g=1,這時MOS管結電容迅速充電;(Qn管飽和導通,能量由Vcc提供驅(qū)動能力大大增強)

當輸入電壓為低電平Drv_b=0則Vb=0,Vqp_be=-1,由于MOS管上的結電容存在電壓,即Vqp_ec=1,所以,Qp管飽和導通,Qp管電流主要由發(fā)射極流向集電極,Drv_g=0;這時MOS管結電容迅速放電;(Qp管飽和導通,MOS管放電速度加快)


實際分析一個圖騰柱驅(qū)動電路的驅(qū)動能力

電路描述

圖騰柱放大電路由兩個三極管Q2和Q3構成,上管是NPN型三極管,下管是PNP型三極管;NPN型三極管的集電極接變壓器輔助繞組供電輸出端,與R7相連,與芯片共用同一VCC,供電電壓為20V,該電路從直流角度看是串聯(lián)的,兩對管共射聯(lián)接處為輸出端,本電路結構類似于乙類推挽功率放大器OCL。


理論分析

GATE輸出的方波信號正負兩個半周(高-低電平)分別由推挽輸出級Q2、Q3的兩“臂”輪流運算放大,每一“臂”的導電時間為脈沖的半個周期,此處方波脈沖的工作頻率為25-50KHz(該頻率根據(jù)負載的不同而變化)。電路工作的邏輯過程是,高電平輸入,上管導通下管截止,輸出高電平;低電平輸入,下管導通上管截止,輸出低電平;當電路邏輯的上下兩管均截止時,則輸出為高阻態(tài)。在開關電源電路中,類似的電路常稱為“半橋”。圖騰柱簡化及等效電路圖如下

理論計算如下:

A、工作狀態(tài)分析

靜態(tài):Vi=Vo→→Q2、Q3均不工作,Vo=0V

動態(tài):Vi=H(高電平)→→Q2導通、Q3截止;Vi=L(低電平) Q3導通、Q2截止;兩只三極管分別在半個周期內(nèi)工作,該電路的工作原理類似于乙類推挽功放。

由等效電路可知:驅(qū)動電流Io=C×(Vgs÷Dt)=(Vcc-Vgs)÷R,由此推出如下關系式:

Vcc=Vgs*(1+RC/Dt)   

∵て=RC<<Dt,  

∴Vcc≈Vgs

由此看出,從直流電壓的角度來考慮,只要Vcc電壓正常,并大于MOSFET的門電壓,足以使MOSFET永遠工作在開/關狀態(tài),本電路VCC電壓設計值為20V。


B、電流放大倍數(shù)

在上述電路中:R8為圖騰電路的輸入電阻,R8取值為100Ω;R4為圖騰電路的輸出電阻取值為10Ω。為了便于理解和推廣,避開繁瑣的數(shù)學計算,在正常工作狀態(tài)下,直接測量圖騰電路的輸入電阻R8和輸出電阻R4兩端的峰值電壓,通過測量的峰值電壓來初略計算電路的輸入和輸出端的峰值電流,以此驗證引入電路的實際效果。

①、測試R8的電壓波形計算圖騰電路的輸入峰值電流,計算過程如下:

測量結果:

∵Vip=3.0V,R=100Ω(設計值)

∴ Iip=Vip÷R8=3÷100=30mA;

②、測試R4的電壓波形計算圖騰電路的輸出峰值電流,計算過程如下:

測量結果:

∵Vop=9.6V,R=10Ω(設計值)  

∴ Iop=Vop÷R4=9.6÷10=960mA。

由此可見,圖騰邏輯電路的輸出峰值電流Iop是輸入峰值電流Iip的32倍。