NMOS高边开关电路仿真与设计详解

NMOS高边开关电路仿真与设计详解

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/qq_45464808/article/details/139251093?spm=1001.2014.3001.5502

在电力电子领域，双管反激电路中的高边NMOS开关设计一直是一个难点。本文通过实际仿真和实验，详细探讨了使用NMOS实现高边开关时遇到的问题及其解决方案，对从事相关工作的工程师具有重要参考价值。

PMOS高边开关

众所周知，PMOS开关电路如下图所示：

当开关按下时，需要注意电阻R1和R2的取值。因为MOS开关的开关条件是特定的电压差，如果取值不当会导致分压不足，无法打开开关。

NMOS低边开关

对于NMOS，我们常见的开关电路如下：

关闭时：

开启时：

NMOS高边电路探索

由于PMOS在市场上较少见，库存有时不够，而NMOS则更为常见。但是，低边开关是阻断地通路，如上图所示，NMOS低边开关在未开启时负载是带电的。这样如果有人误操作，电压低时问题不大，但电压高时可能会出现问题。因此，最好是直接使用NMOS实现高边开关。

首先尝试直接用NMOS替换PMOS，其电路图如下：

之所以不将S端接VCC，G端接负载，是因为这样就算没有打开电流也会通过体二极管流向负载。这样一方面不能实现开关功能，另一方面就算是导通了也会有压降，不够理想。

重新回到用NMOS替换PMOS的高边电路，其开启时的现象如下：

为什么这里负载的电压只能达到8V多，升不上去？这个电压既不是完全关断，也不是完全打开，这是怎么回事呢？

这个问题其实很简单，MOS开关的条件是特定的电压差。对于PMOS，这个差值需要为负；而对于NMOS，这个差值需要为正。在这个电路中，开关没有打开时的电压差是多少呢？答案是+12V。因此，开关开启或关闭时的电压条件不同。对于PMOS，这个差值需要小于+12V；而对于NMOS，这个差值需要大于+12V。因此，电路中输出电压与输入电压之差正好是这个差值。

改进方案如下：

那么，这个15V应该如何产生呢？有以下几种思路：

1. 使用Boost电路
2. 使用电荷泵

由于篇幅所限，这里没有进行进一步的仿真。如果后续有新的进展，将及时更新。这也解释了为什么双管正反激的高边驱动设计如此复杂。