一、为什么要自举升压
下图MOS的Vgs=10V。
对于下管,由于S接地,只需要给G端12V,则下管就可以导通。
对于上管如果G给12V电压,上管导通后,电源VM就会加载在S端,此时Vgs=12-VM(12v)=0V,则MOS就会关断,也就是说上管MOS在导通的瞬间就会关断。
所以12V驱动上管是行不通的,需要自举升压电路,不会因为上管导通后S端电压升高而关断。这就需要G端电压始终比S端电压高12V,以确保上管能够持续导通。
二、自举升压电路驱动
下图是分立元件自举升压电路方便电路分析,C3为自举电容,电容的右端称为Vs(浮地),电容左端称为VB(Vboost)
1、MOS管Q4开通时
假设自举电容在上个周期已经充满电14V。
当PWM为1时,Q1导通,使得C端的电压为低,从而使得Q2的B端电压也为低,Q2导通。此时Q2的E端电压为14V,经过Q2,D2,R4,到达MOS管Q4的G端电压约为12V(所以自举电源的电压需要比MOS驱动电压高约2V)。这样MOS管Q4就导通。此时Q3的B端电压高于E端,Q3关断。MOS管Q4导通后,VM就直接加在Q4管的S端,而S端由于电容右端相连,所以自举电容C3右端被抬高到24V。由于电容两端电压不能突变,所以电容左边的电压也会被抬高=14V+24V=38V(参考GND的相对电压)。这个38V会经过Q2,D2,R4持续给MOS管Q4的G端供电。这样就达到了MOS管Q4的S端和G端同时被抬高24V,且Vgs=12V。
2、MOS管Q关断时
当PMW由1变为0时,Q1断开,Q2的BE没有了电流路径,Q2断开。此时自举电容的泄放路径就被切断了。由于MOS管Q4的G端12V电压会让Q3导通(Q2关断后Q3的B端电压高于E端状态消失),Q3导通后,12V结电荷很快被释放掉(Vgs的电压),则MOS管Q4的Vgs=0,Q4管关断。
由于马达M是感性负载,电流会续流向右(马达M反电动势),电流通过MOS管Q5内置二极管续流,此时自举电容右端电压为-0.7V,自举电容C3泄放路径也已切断,二极管D1导通,14V电源通过D1给自举电容C3充电。充电过程很快完成(VC3=14V),PMW继续从0切换到1继续前面的循环。
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