MOS管在汽车电子中的应用与电路解析-KIA MOS管

汽车电子的MOS管应用、电路

在(zai)汽车电子领域，MOS管的(de)(de)应(ying)用非常广(guang)泛。其中(zhong)大部分是用作开关管的(de)(de)，从电源到各类型的(de)(de)功率驱动，都少不(bu)了(le)MOS管的(de)(de)身影。

汽车(che)LED照明(ming)电(dian)(dian)路中(zhong)的MOS管驱动电(dian)(dian)路,包括MOS管Q2,电(dian)(dian)源输入(ru)端Vin和电(dian)(dian)源输出端Vout,分压电(dian)(dian)阻(zu)R1,R2,续流二极(ji)管D1,自举(ju)电(dian)(dian)容C1,三极(ji)管Q1和上拉电(dian)(dian)阻(zu)R3;

所(suo)述(shu)驱动方(fang)法(fa)主要是(shi)利用自(zi)举电容C1两端电压不能突变(bian)的原理(li),设计了自(zi)举升压电路(lu),利用三(san)极(ji)管Q1与续(xu)流二极(ji)管D1的性能。

1、电源模块

汽车上的供电器(qi)件(jian)都是(shi)直接从蓄电池(chi)(chi)取电的，蓄电池(chi)(chi)电压(ya)(ya)有(you)24V和12V两种(zhong)。而用电器(qi)的电压(ya)(ya)则是(shi)多种(zhong)多样(yang)，有(you)5V、3.3V乃至50V的高压(ya)(ya)。因(yin)此(ci)在电源模(mo)块需要各种(zhong)各样(yang)的电压(ya)(ya)转换，其中常(chang)用的有(you)buck降压(ya)(ya)、boost升(sheng)压(ya)(ya)等。

如图所示，开(kai)关(guan)电源的应用中，无论是升压(ya)还是降压(ya)都是随着MOS管的不断开(kai)闭而逐步变化的。

这里(li)选用MOS管要考虑的(de)是流过MOS管的(de)电流和耐受的(de)电压，另(ling)外在应(ying)用中要考虑开关(guan)频(pin)率和阻尼的(de)设计以(yi)及(ji)隔离MOS管产生(sheng)的(de)开关(guan)噪声等。

2、功率模块

汽车上的功率器(qi)件一般有两(liang)类，阻性(xing)负(fu)载和感性(xing)负(fu)载。驱动这(zhei)两(liang)种负(fu)载都是对(dui)电流有要求，因为MOS管的导通(tong)阻抗极低(di)，所(suo)以一般都使用MOS管做驱动。

高低边(bian)驱动

常见(jian)的是低(di)边驱动(dong)，使用一个NMOS管，对应的是电流注入到驱动(dong)端，如图2a：

在图(tu)2a中(zhong)MOS管靠近(jin)地端，电流从外部注入到MOS管驱(qu)动端中(zhong)，这种类型被称为低边驱(qu)动，通过控制(zhi)MOS管的开闭来决定负(fu)载是否工(gong)作。

而另一种是(shi)高(gao)边(bian)驱(qu)(qu)动(dong)，如图2b所示，MOS管(guan)靠(kao)近电源端，MOS管(guan)驱(qu)(qu)动(dong)端输出电流到外部负载(zai)(zai)，这种类型(xing)被称为高(gao)边(bian)驱(qu)(qu)动(dong)，同样(yang)是(shi)通过控制MOS管(guan)的(de)开闭来决定负载(zai)(zai)是(shi)否工(gong)作。

来看(kan)看(kan)这(zhei)两种电路的(de)区别(bie)：

因为这两种(zhong)电路(lu)常(chang)用(yong)的管(guan)子(zi)都是NMOS管(guan)，在(zai)低边电路(lu)的结构简单些：S端电压为0，只要控(kong)制G端电压达到GS电压阈(yu)值(zhi)就能打(da)开(kai)MOS管(guan)。

而(er)高边(bian)应用则复杂些(xie)：GS电(dian)压达到阈值后，S端(duan)电(dian)压瞬间变(bian)为(wei)电(dian)源电(dian)压，因此为(wei)了维持导通，G端(duan)电(dian)压必须上升到电(dian)源电(dian)压+GS阈值电(dian)压才行。所以一(yi)般高边(bian)驱动都(dou)会增加一(yi)个升压模块(kuai)，增加了成本。

另外一方面，是从失(shi)效角度(du)来考虑的，在汽车应用(yong)中，因为接地点较多(duo)，短路(lu)到地的故障发生频率较高。这时候如(ru)果使(shi)用(yong)的是低边驱动，那就意味着负载会持续(xu)工(gong)作，很明(ming)显(xian)增大了负载失(shi)效的可能性。

而如果是高边驱动，那就(jiu)意味着(zhe)负(fu)载不(bu)会被使能，负(fu)载停止工作(zuo)。这样反而起到(dao)了保护(hu)作(zuo)用。因(yin)此(ci)很多(duo)关键(jian)部件都是采(cai)用高边驱动，例(li)如油泵。

桥(qiao)式驱动

桥(qiao)式(shi)电路(lu)一般有半(ban)桥(qiao)和全桥(qiao)。其结(jie)构(gou)如图3所示(shi)：

上面说过高边(bian)驱动(dong)和底边(bian)驱动(dong)对失效响应的(de)区别(bie)，其中高边(bian)驱动(dong)能更好(hao)的(de)响应短路到地(di)故障，那么就不难想，低边(bian)驱动(dong)能更好(hao)的(de)响应短路到电源的(de)故障。

因此汽车中(zhong)很(hen)多对安(an)全(quan)要求较高的(de)负载会采用(yong)(yong)板桥驱(qu)动(dong)，就是使两个MOS管(guan)轮流工作，无论哪(na)个管(guan)子失效了都会对负载有较好的(de)保护。常见的(de)应(ying)用(yong)(yong)有燃油喷射阀(fa)的(de)驱(qu)动(dong)，电(dian)机(ji)驱(qu)动(dong)等。

在(zai)电机的(de)应用中，半桥(qiao)电路可(ke)以通过(guo)控制(zhi)低(di)边MOS管的(de)开闭来(lai)控制(zhi)电流的(de)大小(xiao)，因此调速比较(jiao)方便，但是(shi)无法改(gai)变电机的(de)正反(fan)转。

而全桥(qiao)电路除了有半桥(qiao)电路的优点外(wai)，还可(ke)以转(zhuan)换电流(liu)流(liu)过的方向。因(yin)此在电机(ji)(ji)的控制中应用的比较多，因(yin)为不仅可(ke)以调速，可(ke)以方便的控制电机(ji)(ji)的正反转(zhuan)。

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