MOS管在汽車電子中的應(yīng)用與電路解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-07-22
在汽車電子領(lǐng)域，MOS管的應(yīng)用非常廣泛。其中大部分是用作開關(guān)管的，從電源到各類型的功率驅(qū)動(dòng)，都少不了MOS管的身影。
汽車LED照明電路中的MOS管驅(qū)動(dòng)電路,包括MOS管Q2,電源輸入端Vin和電源輸出端Vout,分壓電阻R1,R2,續(xù)流二極管D1,自舉電容C1,三極管Q1和上拉電阻R3;
所述驅(qū)動(dòng)方法主要是利用自舉電容C1兩端電壓不能突變的原理,設(shè)計(jì)了自舉升壓電路,利用三極管Q1與續(xù)流二極管D1的性能。
汽車上的供電器件都是直接從蓄電池取電的，蓄電池電壓有24V和12V兩種。而用電器的電壓則是多種多樣，有5V、3.3V乃至50V的高壓。因此在電源模塊需要各種各樣的電壓轉(zhuǎn)換，其中常用的有buck降壓、boost升壓等。
如圖所示，開關(guān)電源的應(yīng)用中，無論是升壓還是降壓都是隨著MOS管的不斷開閉而逐步變化的。
這里選用MOS管要考慮的是流過MOS管的電流和耐受的電壓，另外在應(yīng)用中要考慮開關(guān)頻率和阻尼的設(shè)計(jì)以及隔離MOS管產(chǎn)生的開關(guān)噪聲等。
汽車上的功率器件一般有兩類，阻性負(fù)載和感性負(fù)載。驅(qū)動(dòng)這兩種負(fù)載都是對(duì)電流有要求，因?yàn)镸OS管的導(dǎo)通阻抗極低，所以一般都使用MOS管做驅(qū)動(dòng)。
高低邊驅(qū)動(dòng)
常見的是低邊驅(qū)動(dòng)，使用一個(gè)NMOS管，對(duì)應(yīng)的是電流注入到驅(qū)動(dòng)端，如圖2a：
在圖2a中MOS管靠近地端，電流從外部注入到MOS管驅(qū)動(dòng)端中，這種類型被稱為低邊驅(qū)動(dòng)，通過控制MOS管的開閉來決定負(fù)載是否工作。
而另一種是高邊驅(qū)動(dòng)，如圖2b所示，MOS管靠近電源端，MOS管驅(qū)動(dòng)端輸出電流到外部負(fù)載，這種類型被稱為高邊驅(qū)動(dòng)，同樣是通過控制MOS管的開閉來決定負(fù)載是否工作。
來看看這兩種電路的區(qū)別：
因?yàn)檫@兩種電路常用的管子都是NMOS管，在低邊電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單些：S端電壓為0，只要控制G端電壓達(dá)到GS電壓閾值就能打開MOS管。
而高邊應(yīng)用則復(fù)雜些：GS電壓達(dá)到閾值后，S端電壓瞬間變?yōu)殡娫措妷海虼藶榱司S持導(dǎo)通，G端電壓必須上升到電源電壓+GS閾值電壓才行。所以一般高邊驅(qū)動(dòng)都會(huì)增加一個(gè)升壓模塊，增加了成本。
另外一方面，是從失效角度來考慮的，在汽車應(yīng)用中，因?yàn)榻拥攸c(diǎn)較多，短路到地的故障發(fā)生頻率較高。這時(shí)候如果使用的是低邊驅(qū)動(dòng)，那就意味著負(fù)載會(huì)持續(xù)工作，很明顯增大了負(fù)載失效的可能性。
而如果是高邊驅(qū)動(dòng)，那就意味著負(fù)載不會(huì)被使能，負(fù)載停止工作。這樣反而起到了保護(hù)作用。因此很多關(guān)鍵部件都是采用高邊驅(qū)動(dòng)，例如油泵。
橋式驅(qū)動(dòng)
橋式電路一般有半橋和全橋。其結(jié)構(gòu)如圖3所示：
上面說過高邊驅(qū)動(dòng)和底邊驅(qū)動(dòng)對(duì)失效響應(yīng)的區(qū)別，其中高邊驅(qū)動(dòng)能更好的響應(yīng)短路到地故障，那么就不難想，低邊驅(qū)動(dòng)能更好的響應(yīng)短路到電源的故障。
因此汽車中很多對(duì)安全要求較高的負(fù)載會(huì)采用板橋驅(qū)動(dòng)，就是使兩個(gè)MOS管輪流工作，無論哪個(gè)管子失效了都會(huì)對(duì)負(fù)載有較好的保護(hù)。常見的應(yīng)用有燃油噴射閥的驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。
在電機(jī)的應(yīng)用中，半橋電路可以通過控制低邊MOS管的開閉來控制電流的大小，因此調(diào)速比較方便，但是無法改變電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
而全橋電路除了有半橋電路的優(yōu)點(diǎn)外，還可以轉(zhuǎn)換電流流過的方向。因此在電機(jī)的控制中應(yīng)用的比較多，因?yàn)椴粌H可以調(diào)速，可以方便的控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
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