【好文】关于图腾柱驱动的点点滴滴!

电源研发精英圈 · 2017-03-11

为什么取名图腾柱?

由于此结构画出的电路图有点儿像印第安人的图腾柱,所以叫图腾柱式输出(也叫图腾式输出)。输出极采用一个上电阻接一个NPN型晶体管的集电极,这个管子的发射极接下面管子的集电极同时输出;下管的发射极接地。两管的基极分别接前级的控制。就是上下两个输出管,从直流角度看是串联,两管联接处为输出端。上管导通下管截止输出高电平,下管导通上管截止输出低电平,如果电路逻辑可以上下两管均截止则输出为高阻态。在开关电源中,类似的电路常称为“半桥”。

一种比较有意思的解释:

图腾大多是出于部落中对生殖器官及其能力的崇拜,因为古时人类的寿命很短,生存困难,所以对能增加生存能力的生殖力很看重,说到男性身上就是这个人的那个能力很强,部落里的人就会很佩服他。图腾柱驱动在电路上也具备了同样的能力:向上向下的推动和下拉力量很强,速度很快,而且只要有电就不知疲倦。

用图腾柱驱动的作用

图腾柱驱动的作用:

图腾柱型驱动电路的作用在于:提升电流驱动能力,迅速完成对于门极电荷的充电或者放电的过程。

什么情况下用到图腾柱驱动?

某些管子可能需要比较大的驱动电流或者灌电流,这时候就需要用到图腾柱电路。

分析一下图腾柱提升驱动的原理

器件作用说明:

Qn:N BJT

Qp:P BJT

Qmos:待驱动NMOS

Rb:基极电阻

Cb:加速电容

Rc:集电极电阻

Rg:驱动电阻

原理分析:

左边一个输入驱动信号Drv_b(驱动能力很弱)通过一个图腾柱输出电路,从三极管的发射极公共端出来得到驱动能力(带载能力)大大增强的信号Drv_g;从能量的角度来讲,弱能量信号Drv_b通过Qn和Qp的作用,从Vcc取电(获取能量),从而变成了携带高能量的Drv_g信号;在这个能量传递的过程中,Qn和Qp分别交替工作在截至和饱和状态;

具体工作过程(逻辑分析)如下:

这里以方波为例,1代表高电平,0代表零电平,-1代表负电平;Vb表示Qn和Qp的公共基极电压,Vqn_c表示Qn管子的集电极电压,Vqn_be表示Qn管子基极-发射极电压,Vqp_be表示Qp基极-发射极电压

当输入驱动信号Drv_b=1则Vb=1,Vqn_be=1,由于:Qn两端有一个Vcc电压,即Vqn_ce=1,所以,Qn管饱和导通,Qn管电流主要由集电极流向发射极,Drv_g=1,这时MOS管结电容迅速充电; (Qn管饱和导通,能量由Vcc提供驱动能力大大增强)

当输入电压为低电平Drv_b=0则Vb=0,Vqp_be=-1,由于MOS管上的结电容存在电压,即Vqp_ec=1,所以,Qp管饱和导通,Qp管电流主要由发射极流向集电极,Drv_g=0;这时MOS管结电容迅速放电;(Qp管饱和导通,MOS管放电速度加快)

驱动MOS管或IGBT管,某些管子可能需要比较大的驱动电流或者灌电流,这时候就需要用到图腾柱电路,图腾柱的基本电路如图所示。

在实际使用中,如果我们就按照图中所示的电路的话,往往会因为走线电感与管子的结电容引起谐振而带来问题。这时候我们可以增加电路图中的R1与D1加速放电,避免引起共振。

如果我们的设备整个抗干扰能力较弱的话,我们会发现,图腾柱电路很容易受到干扰而产生有误动作。

为了提升图腾柱的抗干扰能力,我们可以将电路改为下图所示。

如果还存在问题,可以增加图中所示电容,就能完美解决图腾柱容易受到干扰等问题。