发一个用分立元件做自举驱动NMOS在高端的Buck电路，有实物

jsyzgc · 发表于 2015-1-24 14:02:27

想试试用单片机输出PWM控制开关管导通来做Buck型开关电源，而手头现成的功率MOS管只有N沟道的IRF3205和IRF540。
N沟道的MOS管放在低端的话两边不共地，放在高端的话不好驱动。
上网查了查，普遍都是用MOS管驱动芯片，比如IR2104、IR2110之类的来驱动高端NMOS。
简单的驱动一个管子不想用专门的芯片，于是准备用分立元件搭一个驱动电路。
根据MOS管驱动芯片的原理自举升压驱动，我设计了下面的电路，并进行了仿真和实验，输入电压为12V。

当开关管断开时，开关管源极接地，通过D1给C1充电，开关管导通时由C1向图腾柱供电，驱动MOS管。

做成的实物件见下图：

单片机用的是STM32F030，48M主频，PWM分辨率为10位，PWM频率47kHz。
PWM开环控制驱动MOS管，固定占空比400/1024=39%，MOS管的栅极和源极电压波形见下图：

上面的为栅极波形，下面的为源极波形，感觉基本完美。

硬件小y · 发表于 2015-1-24 14:06:24

不错！！！学习了

qqfirer · 发表于 2015-1-24 14:09:34

给楼主鼓掌，谢谢分享

ourdev850725 · 发表于 2015-1-24 14:23:11

效率如何呢?

guolun · 发表于 2015-1-24 14:23:54

硬件知识扎实。电路很合理。

cqfeiyu · 发表于 2015-1-24 14:29:50

Q3导通时,有电流从输出电压经Q4集电结和Q3流过.

mowin · 发表于 2015-1-24 14:34:20

同6楼问，Q3导通的时候，Q3Q4不会挂掉吗？

wye11083 · 发表于 2015-1-24 15:02:17

mowin 发表于 2015-1-24 14:34
同6楼问，Q3导通的时候，Q3Q4不会挂掉吗？

那有两个NPN，一个PNP，当然不会挂了。

foxpro2005 · 发表于 2015-1-24 15:29:16

这示波器好眼熟...

dy22511825 · 发表于 2015-1-24 16:14:50

请问下，BUCK 的PWM的周期与频率一般怎么确定

zhongya917 · 发表于 2015-1-24 16:27:22

不错不错，波形很完美

apple163995 · 发表于 2015-1-24 16:36:07

问一下楼主这个buck电路的输入范围是多少，如果我是用太阳能电池板做输出，一般白天有光的时候电压在18V-21V之间，可以降压到15V吗？到了傍晚或者晚上电压迅速下降到18V一下或者0V，这是电路的工作又会怎样？低电压输入对这种降压电路有损害吗？

ZL_electric · 发表于 2015-1-24 16:37:48

谢谢分享，上学时我做的不能完全导通，上半桥发热严重

xukaiming · 发表于 2015-1-24 16:42:16

自举的电源位置不对,如果输入超过栅极的耐压,很有可能烧掉这个管子.

bondxie3 · 发表于 2015-1-24 17:20:30

顶!希望楼主讲讲原理!

jsyzgc · 发表于 2015-1-24 20:15:23

ourdev850725 发表于 2015-1-24 14:23
效率如何呢?

只是为了验证电路的可行性，没有用特别好的器件，电感和电容都是用的很一般的。而且没有做反馈控制，谈效率没有什么意义。
效率应该主要取决于电感的损耗、续流二极管的压降、和反馈控制电路的功耗。

jsyzgc · 发表于 2015-1-24 20:17:19

apple163995 发表于 2015-1-24 16:36
问一下楼主这个buck电路的输入范围是多少，如果我是用太阳能电池板做输出，一般白天有光的时候电压在18V-21 ...

范围我设计的输入电压是12V，如果输入电压较高的话，mos管栅极应该要加稳压管的，否则驱动电压会过高

jsyzgc · 发表于 2015-1-24 20:28:22

cqfeiyu 发表于 2015-1-24 14:29
Q3导通时,有电流从输出电压经Q4集电结和Q3流过.

我仿真下来，当MOS管由导通到关断的一瞬间，会有一个脉冲电流从MOS管栅极到Q4到Q3到地，时间大约100ns左右。
目前使用下来，47kHz的开关频率三极管不发热，但是随着频率的提高，可能会发热甚至烧掉。
不知道哥们有没有什么不增添太多元件的解决办法，因为增加过多的元件不如用专用IC去驱动。

jsyzgc · 发表于 2015-1-24 20:30:01

xukaiming 发表于 2015-1-24 16:42
自举的电源位置不对,如果输入超过栅极的耐压,很有可能烧掉这个管子.

我因为输入用的12V，所以栅极驱动电压基本合适，如果输入电压较高，应该要加稳压管的。

jsyzgc · 发表于 2015-1-24 20:36:35

dy22511825 发表于 2015-1-24 16:14
请问下，BUCK 的PWM的周期与频率一般怎么确定

我拿单片机直接输出PWM控制的，所以PWM分辨率*PWM频率=CPU主频，不过有些专门做电源有高精度PWM的CPU例外，像TI的DSP之类的。
开关频率低的话会增大元器件的体积，在电感上的损耗也会增大。
开关频率太高的话，会增大开关损耗。

cqfeiyu · 发表于 2015-1-24 22:12:54

Q4集电极接地看行不.

jsyzgc · 发表于 2015-1-25 00:35:14

cqfeiyu 发表于 2015-1-24 22:12
Q4集电极接地看行不.

刚刚又用Multisim仿真了一下，发现是之前是看错了。
Q4集电极接MOS源极，MOS由导通到关断的瞬间，电流是从MOS管栅极经过Q4流向MOS管源极的，工作应该是正常的。
其余时间几乎没有电流流过。

同时我仿真了一下Q4的集电极接地的情况，MOS由导通到关断的瞬间，电流从MOS栅极经过Q4流向地。其余时间也几乎没有电流。

gzhuli · 发表于 2015-1-25 01:03:26

jsyzgc 发表于 2015-1-25 00:35
刚刚又用Multisim仿真了一下，发现是之前是看错了。
Q4集电极接MOS源极，MOS由导通到关断的瞬间，电流是 ...

DCM和CCM的情况不一样，你试一下仿DCM。
CCM时电感电流连续，续流二极管一直把MOSFET S极箝位在接近地电位，所以Q4集电极不会有电流回流到Q3。
DCM时电感能量释放完后续流二极管就会截止，电感开始与MOSFET的Coss谐振，S极电位会上升至接近输入电压，振荡一段时间后最终会稳定在输出电压，这段时间Q4的CB结就会正偏，会出问题的。

jsyzgc · 发表于 2015-1-25 14:27:21

gzhuli 发表于 2015-1-25 01:03
DCM和CCM的情况不一样，你试一下仿DCM。
CCM时电感电流连续，续流二极管一直把MOSFET S极箝位在接近地电 ...

gzhuli大师回复了，好激动。
仿真试了一下，正如gzhuli所说，电感取值较小工作在DCM时，Q4集电极接MOS源极时Q4的cb结正偏，有较大电流回流。
而将Q4集电极接地，则工作正常。

apple163995 · 发表于 2015-2-27 09:36:57

楼主你好我这边尝试过了使用IR2110和IR2104去驱动高端的NMOS 本来是没有太大的问题但是由于我只有一个电源所以我将要降压的电压同时供给IR2110的VCC和NMOS的漏极这样在12V的时候表现良好但是在输入电压升到21V PWM占空比增大到80%左右就会出现IR2110烧毁的现象输出电压不再随PWM占空比变化降低输入电压仍旧没法恢复
我觉得如果是用IR2110设计开关电源就一定要将输入先稳压到12V 如果我是用太阳板这样的输入 18V的情况下用一个线性稳压器LDO就比较好的稳压到12V 但是我觉得这样整体的效率是否会下降在这种低压差的情况下用分离器件搭一个NMOS的驱动是否会相对的好一些
非常看好楼主设计的原理图老实说PMOS的图腾柱驱动我能看的懂 NMOS的悬举电压充电一直没弄懂。。。不知道分立器件的设计在21V降压到14.6V的表现和效率如何如果是要加稳压管是要在栅极和地间接上一个稳压管吗？

jsyzgc · 发表于 2015-2-27 13:00:52

apple163995 发表于 2015-2-27 09:36
楼主你好我这边尝试过了使用IR2110和IR2104去驱动高端的NMOS 本来是没有太大的问题但是由于我只有一个电 ...

数据手册中给出IR2110的VCC极限耐压值为25V，正常工作电压是10-20V，上到21V应该不成问题，建议检查下芯片是否是正品。
我在本帖发的高端NMOS的驱动电路，只是实验性质的，没有反馈和PWM产生电路，不能算是完整的开关电源。
如果需要将输入稳压至12V，建议还是用LM2596、MC34063之类的DC-DC芯片，电路简单，成本也低廉。

PEcontrol · 发表于 2015-2-27 13:23:10

好帖， mark一下先

linpeixing · 发表于 2015-2-27 15:41:40

mark 学习一下

R88 · 发表于 2015-2-28 11:46:03

直接找个芯片内部带驱动的不就得了，外面接个电容就行。

usm4glx · 发表于 2016-4-28 14:06:11

你这个应该也适用与PMOS。还有你的PWM输入三极管怎么接的呢，是不是和你的仿真图一样的解法。基极接高电平。射极去控制开启和关闭

德玛西亚 · 发表于 2017-12-27 20:20:45

mark一下

xiaxuetian · 发表于 2018-4-7 11:38:26

MARK.................

不老传说 · 发表于 2018-4-18 08:16:08

楼主厉害了

79222719 · 发表于 2018-8-9 14:24:59

mark
。。。。。

光明星1号 · 发表于 2018-9-15 22:09:19

楼主好久没来论坛了，但是我还是想问一下，如果你这个电路不接那个5W 4.7Ω的电阻还能稳压吗？电压能上升的很快吗？

elecfans123 · 发表于 2019-9-11 00:12:29

不错！ H桥有弄过自举的吗？最近有个案子想节省成本，正在考虑分立元件H桥

zhiweirui · 发表于 2019-9-11 01:02:19

这个可以考虑，确实降本

ethy · 发表于 2020-7-22 20:07:22

相当经典的电路，接下来自己做一块，调试一下。对模电理解三极管和mos管，电容电感很有帮助，

hello2020 · 发表于 2021-6-12 12:49:21

学习，谢谢

fengyunyu · 发表于 2021-6-12 14:01:22

不错，学习

rei1984 · 发表于 2021-6-12 16:29:17

相见恨晚啊

huike · 发表于 2021-6-12 16:43:33

VIN超过20V时，可能会把3205给干掉！
这电路省成本的意义不大。还不如搞个驱动变压器。

hahx2008 · 发表于 2021-8-9 10:04:57

学习一下

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