技術全面地設計光耦繼電器開關知識

MOSFET代表金屬氧化物半導體場效應晶體管。實際上，如果我們將其用作開關電路，則它比BJT更易于使用。如今，MOSFET在汽車，電源和一般電子設備的電路設計中作為低側和高側驅動器非常受歡迎。它是一種電壓控制設備，因此很容易偏置成為開關。設計MOSFET開關有兩種選擇。一種是低壓側驅動，另一種是高壓側驅動。在前者中，當MOSFET飽和時，它將為電路接地提供路徑。對于后者，當MOSFET飽和時，它將提供通往電路電源的路徑。

在本文中，我將使用繼電器作為負載，因為它具有電感特性，可能會對設計造成挑戰(zhàn)。這樣，該電路也稱為繼電器驅動器。

根據(jù)定義，繼電器驅動器是一種電路，旨在為繼電器線圈通電以改變接觸狀態(tài)。回想一下，繼電器通常具有兩種接觸狀態(tài)：打開和關閉。通常，繼電器具有常開觸點。這意味著當線圈未通電時，觸點將保持斷開狀態(tài)。線圈可以由BJT或MOSFET驅動，但是在本主題中，我們將討論后者。MOSFET繼電器驅動器。

一些設計工程師更喜歡將驅動電路放置在繼電器線圈的下側，這稱為低側驅動。使用術語本身，驅動電路將是為電流路徑閉合而提供繼電器線圈的接地路徑的驅動電路。

1.設計MOSFET開關電路配置

如上所述，設計MOSFET開關有兩種方法。低端或高端。低端驅動配置的公共電路如圖1所示。驅動設備S1位于繼電器線圈的下側，因此當被V2偏置時，它將提供接地路徑。綠色包圍的設備是繼電器，電感為10µH的左側為線圈，右側為觸點。

S1應該在飽和區(qū)域工作，以便繼電器線圈兩端的電壓足夠高，以滿足繼電器的啟動或引入電壓要求。順便說一句，啟動電壓是在啟動以啟動操作期間其線圈兩端的繼電器電壓要求。通常，對于額定值為12V的繼電器，在額定工作溫度下的啟動電壓為9V。拾取電壓會隨工作溫度而變化，因此在實際設計中最好考慮它。在電源設計等某些應用中，出于效率原因，在繼電器線圈中串聯(lián)插入了一個較小值的限流電阻，以至少最小化線圈電流，但要保持足夠高的啟動電壓以保證繼電器啟動。另一方面，在某些應用中，例如汽車，效率不是必需的，因此該限流電阻器不是設計的一部分。現(xiàn)在，我有一個問題要問，如果沒有與繼電器線圈串聯(lián)的限流電阻，那么繼電器是否會跨接在電源電壓上而不會損壞？答案不是。繼電器線圈已經(jīng)具有內(nèi)置的內(nèi)部電阻。該線圈電阻將成為控制電流的一個。只要電源未超過繼電器額定電壓，繼電器即使直接連接到電源也不會損壞。

先進光半導體

在圖1中，電阻器R2的目的只是為了確保在V2無法提供邏輯低電平信號的情況下確保S1的關斷條件。

將驅動設備置于低端的優(yōu)點是可以像微控制器輸出一樣以較小的電壓電平對其進行控制。如今，MCU（微控制器單元的縮寫）可以輸出5V電壓，足以將MOSFET置于飽和狀態(tài)。順便說一句，默認情況下，如果我們說低側驅動器或高端驅動器，則應將諸如圖1電路中的S1之類的驅動設備驅動到飽和狀態(tài)。如前所述，繼電器線圈具有啟動電壓要求，以便開始運行。現(xiàn)在，如果驅動設備不會飽和，則可能無法滿足該要求。將S1設置為飽和的另一個原因是，在飽和狀態(tài)下，MOSFET的漏源導通狀態(tài)電阻很低，因此電壓降也很低，功耗也很低。出于可靠性原因和電源應用的效率要求，希望有較低的功耗。

總結這一部分，可以使用具有5V輸出的MCU來控制圖1中的MOSFET，并且將其發(fā)送至飽和并不是問題，因為有效的柵極至源極電壓剛好等于V2的電平。（要使MOSFET達到飽和，柵極閾值電壓必須有裕量。對于如圖1所示的NMOS，要使其導通，施加的柵極-源極電壓必須高于要求。對于NMOS，柵極-源電壓為正號，從圖1可以看出這是正確的，因為施加的柵極電壓為5V，而源電壓為0V，因為它已連接至電路接地，從而提供VGS=5V-0V=5V。）

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1.2。使用NMOS的高端驅動

設計MOSFET開關的另一種方法是通過高端驅動。高端驅動可以使用兩種技術實現(xiàn)：一個正在使用NMOS，另一個正在使用PMOS。

圖2顯示了NMOS高側驅動器電路的典型電路。再次，驅動電路的目的是給繼電器線圈通電以使其閉合并為電動機負載供電。MOSFETS1應該被驅動到飽和狀態(tài)，以便繼電器線圈兩端的電壓足以滿足所需的啟動電壓。該配置的第一缺點是柵極需要高于V1電平的電壓。結果，MCU輸出不再適用于該電路。讓我們進一步分析結果。

如上所述，要使NMOS導通，柵極至源極的電壓必須高于規(guī)定的閾值電壓加上裕量。在這種情況下，當MOSFET飽和時，源極的電平也等于V1。現(xiàn)在，當V2的值低于10V時；讓我們說5V作為上一節(jié)，由于VGS=5V-10V=-5V，MOSFET將不會導通。請記住，對于NMOS，VGS必須為正。現(xiàn)在，您需要有另一個高于V1的電源，以將MOSFET驅動到飽和狀態(tài)并成功打開繼電器。如果您的應用是汽車，則汽車電池的標稱電壓約為13.5V，在哪里可以得到比此更高的電源。在典型應用中，我們想使用MCU或DSP驅動MOSFET的柵極，而采用這種配置是不可能的。

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