圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路的作用與原理

為什么取名圖騰柱？?

由于此結(jié)構(gòu)畫(huà)出的電路圖有點(diǎn)兒像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出（也叫圖騰式輸出）。輸出極采用一個(gè)上電阻接一個(gè)NPN型晶體管的集電極，這個(gè)管子的發(fā)射極接下面管子的集電極同時(shí)輸出；下管的發(fā)射極接地。兩管的基極分別接前級(jí)的控制。就是上下兩個(gè)輸出管，從直流角度看是串聯(lián)，兩管聯(lián)接處為輸出端。上管導(dǎo)通下管截止輸出高電平，下管導(dǎo)通上管截止輸出低電平，如果電路邏輯可以上下兩管均截止則輸出為高阻態(tài)。在開(kāi)關(guān)電源中，類似的電路常稱為“半橋”。

一種比較有意思的解釋：

圖騰大多是出于部落中對(duì)生殖器官及其能力的崇拜，因?yàn)楣艜r(shí)人類的壽命很短，生存困難，所以對(duì)能增加生存能力的生殖力很看重，說(shuō)到男性身上就是這個(gè)人的那個(gè)能力很強(qiáng)，部落里的人就會(huì)很佩服他。圖騰柱驅(qū)動(dòng)在電路上也具備了同樣的能力：向上向下的推動(dòng)和下拉力量很強(qiáng)，速度很快，而且只要有電就不知疲倦。

圖騰柱驅(qū)動(dòng)的作用與原理

圖騰柱驅(qū)動(dòng)的作用：

圖騰柱型驅(qū)動(dòng)電路的作用在于：提升電流驅(qū)動(dòng)能力，迅速完成對(duì)于門(mén)極電荷的充電或者放電的過(guò)程。

什么情況下用到圖騰柱驅(qū)動(dòng)？

某些管子可能需要比較大的驅(qū)動(dòng)電流或者灌電流，這時(shí)候就需要用到圖騰柱電路。

分析一下圖騰柱提升驅(qū)動(dòng)的原理

器件作用說(shuō)明：

Qn：N BJT

Qp：P BJT

Qmos：待驅(qū)動(dòng)NMOS

Rb：基極電阻

Cb：加速電容

Rc：集電極電阻

Rg：驅(qū)動(dòng)電阻

原理分析:

左邊一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)Drv_b（驅(qū)動(dòng)能力很弱）通過(guò)一個(gè)圖騰柱輸出電路，從三極管的發(fā)射極公共端出來(lái)得到驅(qū)動(dòng)能力（帶載能力）大大增強(qiáng)的信號(hào)Drv_g；從能量的角度來(lái)講，弱能量信號(hào)Drv_b通過(guò)Qn和Qp的作用，從Vcc取電（獲取能量），從而變成了攜帶高能量的Drv_g信號(hào)；在這個(gè)能量傳遞的過(guò)程中，Qn和Qp分別交替工作在截至和飽和狀態(tài)；

具體工作過(guò)程（邏輯分析）如下：

這里以方波為例，1代表高電平，0代表零電平，-1代表負(fù)電平；Vb表示Qn和Qp的公共基極電壓，Vqn_c表示Qn管子的集電極電壓，Vqn_be表示Qn管子基極-發(fā)射極電壓，Vqp_be表示Qp基極-發(fā)射極電壓

當(dāng)輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)Drv_b=1則Vb=1，Vqn_be=1，由于：Qn兩端有一個(gè)Vcc電壓，即Vqn_ce=1，所以，Qn管飽和導(dǎo)通，Qn管電流主要由集電極流向發(fā)射極，Drv_g=1，這時(shí)MOS管結(jié)電容迅速充電；（Qn管飽和導(dǎo)通，能量由Vcc提供驅(qū)動(dòng)能力大大增強(qiáng)）

當(dāng)輸入電壓為低電平Drv_b=0則Vb=0，Vqp_be=-1，由于MOS管上的結(jié)電容存在電壓，即Vqp_ec=1，所以，Qp管飽和導(dǎo)通，Qp管電流主要由發(fā)射極流向集電極，Drv_g=0;這時(shí)MOS管結(jié)電容迅速放電；（Qp管飽和導(dǎo)通，MOS管放電速度加快）

實(shí)際分析一個(gè)圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力

電路描述

圖騰柱放大電路由兩個(gè)三極管Q2和Q3構(gòu)成，上管是NPN型三極管，下管是PNP型三極管；NPN型三極管的集電極接變壓器輔助繞組供電輸出端，與R7相連，與芯片共用同一VCC，供電電壓為20V，該電路從直流角度看是串聯(lián)的，兩對(duì)管共射聯(lián)接處為輸出端，本電路結(jié)構(gòu)類似于乙類推挽功率放大器OCL。

理論分析

GATE輸出的方波信號(hào)正負(fù)兩個(gè)半周（高-低電平）分別由推挽輸出級(jí)Q2、Q3的兩“臂”輪流運(yùn)算放大，每一“臂”的導(dǎo)電時(shí)間為脈沖的半個(gè)周期，此處方波脈沖的工作頻率為25-50KHz（該頻率根據(jù)負(fù)載的不同而變化）。電路工作的邏輯過(guò)程是，高電平輸入，上管導(dǎo)通下管截止，輸出高電平；低電平輸入，下管導(dǎo)通上管截止，輸出低電平；當(dāng)電路邏輯的上下兩管均截止時(shí)，則輸出為高阻態(tài)。在開(kāi)關(guān)電源電路中，類似的電路常稱為“半橋”。圖騰柱簡(jiǎn)化及等效電路圖如下

理論計(jì)算如下：

A、工作狀態(tài)分析

靜態(tài)：Vi=Vo→→Q2、Q3均不工作，Vo=0V

動(dòng)態(tài)：Vi=H(高電平)→→Q2導(dǎo)通、Q3截止；Vi=L(低電平) Q3導(dǎo)通、Q2截止；兩只三極管分別在半個(gè)周期內(nèi)工作，該電路的工作原理類似于乙類推挽功放。

由等效電路可知：驅(qū)動(dòng)電流Io=C×（Vgs÷Dt）=(Vcc-Vgs)÷R，由此推出如下關(guān)系式：

Vcc=Vgs*(1+RC/Dt)

∵て=RC<

∴Vcc≈Vgs

由此看出，從直流電壓的角度來(lái)考慮，只要Vcc電壓正常，并大于MOSFET的門(mén)電壓，足以使MOSFET永遠(yuǎn)工作在開(kāi)/關(guān)狀態(tài)，本電路VCC電壓設(shè)計(jì)值為20V。

B、電流放大倍數(shù)

在上述電路中：R8為圖騰電路的輸入電阻，R8取值為100Ω；R4為圖騰電路的輸出電阻取值為10Ω。為了便于理解和推廣，避開(kāi)繁瑣的數(shù)學(xué)計(jì)算，在正常工作狀態(tài)下，直接測(cè)量圖騰電路的輸入電阻R8和輸出電阻R4兩端的峰值電壓，通過(guò)測(cè)量的峰值電壓來(lái)初略計(jì)算電路的輸入和輸出端的峰值電流，以此驗(yàn)證引入電路的實(shí)際效果。

①測(cè)試R8的電壓波形計(jì)算圖騰電路的輸入峰值電流，計(jì)算過(guò)程如下：

測(cè)量結(jié)果：

∵Vip=3.0V,R=100Ω（設(shè)計(jì)值）

∴ Iip=Vip÷R8=3÷100=30mA；

②測(cè)試R4的電壓波形計(jì)算圖騰電路的輸出峰值電流，計(jì)算過(guò)程如下：

測(cè)量結(jié)果：

∵Vop=9.6V,R=10Ω（設(shè)計(jì)值）

∴ Iop=Vop÷R4=9.6÷10=960mA。

由此可見(jiàn)，圖騰邏輯電路的輸出峰值電流Iop是輸入峰值電流Iip的32倍。

審核編輯：湯梓紅