采用图腾柱方式驱动MOSFET电路设计

采用图腾柱方式驱动MOSFET的电路分析

1、原理图

上图为典型的图腾柱输出方式驱动MOSFET的电路。由于前端I/O口的对外驱动能力（一般为十几或者二十几mA）有限，为了提高对MOSFET的驱动能力，因此采用图腾柱电路。

由于MOSFET是压控型器件，则GS两端电压只要大于4.5V（导通时的阈值电压）时即可导通，为了使MOSFET可靠导通，则一般要求GS两端的电压要大于12V（不同型号的管子该电压不同），因此要求MOSFET的驱动电压幅值至少要大于12V。此外，由于MOSFET的GS两端存在寄生电容，驱动MOSFET 的过程就是对该电容充放电的过程，充电的快慢反应MOSFET导通或关断的速度，而开关的速度又影响了MOSFET的开关损耗及EMI等内容，同时，充电的快慢又由充电电流的大小决定。

综上所述，要想驱动MOSFET正常导通和关断，则要考虑驱动幅值电压及对GS两端电容充电电流的大小。

因此，下面分别从驱动MOSFET的幅值电压及充电电流（驱动能力）的大小两个方面来分析该电路。而幅值电压及充电电流与图中的驱动方波的幅值、电源电压V cc、电阻R2及电阻R3等有关。因此，以下主要通过改变这些参数来验证电路设计的合理性。

2、电路分析

（1）驱动方波幅值为15V、电源电压为10V、电阻R2=0R。电路如下图所示：

10V

下图为仿真测试波形：流过R3的驱动电流波形

E点驱动电压波形

Q1的ce两端的电压波形R1两端的电压波形最低0V:完全饱和导通

放电波形

充电波形R1两端有5V压降

Q1饱和导通时，

其E极电压为10V

从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V）时，Q1完全饱和导通，其ce间的压降为0V，此时电源电压直接加在点E处，即MOSFET的驱动电压幅值为10V，而不是驱动波形的射极跟随电压14.3V，这样存在的问题是，如果电源电压再小的话，则MOSFET的驱动电压幅值会更低。同时，在驱动波形刚变为高电平时，流过电阻R3有一个尖峰电流，该电流就是对MOSFET的GS端电容充电的电流波形，由于C gs电容很小，因此充电时间很短，充满后就不存在充电电流，因此该电流波形在很短的时间内为尖峰。

（2）驱动方波幅值为15V、电源电压为15V、电阻R2=0R。电路如下图所示：

15V

下图为仿真测试波形：

从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V ）时，Q1完全饱和导通，其ce 间的压降为0V ，此时电源电压直接加在点E 处，即MOSFET 的驱动电压幅值为15V ，能满足MOSFET 的驱动要求。

（3）驱动方波幅值为15V 、电源电压为18V 、电阻R2=0R 。电路如下图所示：

流过R3的驱动电流波形

放电波形

充电波形

E 点驱动电压波形

Q1饱和导通时，其E 极电压为15V

Q1的ce 两端的电压波形

最低接近0V ：饱和

18V

下图为仿真测试波形：

从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V ）时，Q1处于放大区，其ce 间的压降约为3V ，而观察E 点波形发现，其幅值为14.3V ，跟随Q1的b 极驱动波形的幅值。而ce 间的压降即为电源电压与E 点之间的压差，该压差加在Q1的ce 两端会增加Q1的损耗。

流过R3的驱动电流波形

放电波形

充电波形

E 点驱动电压波形

Q1放大区时，其E 极电压为15V

Q1的ce 两端的电压波形

最低接近3V ：工作于放大区

（4）驱动方波幅值为15V 、电源电压为18V 、电阻R2=10K 。电路如下图所示：

18V

下图为仿真测试波形：

从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V ）时，Q1处于饱和状态，其ce 间的压降约为0V ，而点E 的波形为慢速上升的过程，最终充电电压为12V ，

流过R3的驱动电流波形放电波形

充电波形

E 点驱动电压波形

充电时间慢，限制了电压跟随，仅为10V

Q1的ce 两端的电压波形

最低0V ：Q1饱和

流过R2的电流波形

R2两端的电压波形

最低8VZ 左右