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  • MOS管的應(yīng)用電路,開關(guān)控制電路解析
    • 發(fā)布時間:2024-07-24 18:53:31
    • 來源:
    • 閱讀次數(shù):71
    MOS管的應(yīng)用電路,開關(guān)控制電路解析
    2. 應(yīng)用
    2.1 NMOS 開關(guān)控制
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    如圖,通過 NMOS 的開關(guān)作用,完成對 LED 的亮滅控制。此時 MOS 管工作于截止區(qū)和可變電阻區(qū)。
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    對于 NMOS ,當(dāng) Vgs = Vg - Vs > 0 時,NMOS 導(dǎo)通;當(dāng) Vgs = Vg - Vs < 0 時,NMOS 斷開。
    2.2 PMOS 電源控制
    2.2.1 IO 控制
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    PMOS 在整個電路系統(tǒng)中,其中某一部分的電路上電通過控制中可以方便用于通斷控制。上圖的電路中,使用時需要注意的一點(diǎn)是 VCC_IN 與控制端的電平 PWR_CON 要處于同一標(biāo)準(zhǔn)(eg:VCC_IN = 3.3V;PWR_CON 高電平 = 3.3V)。
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    對于 PMOS ,當(dāng) Vgs = Vg - Vs < 0 時,PMOS 導(dǎo)通;當(dāng) Vgs = Vg - Vs > 0 時,PMOS 斷開。
    因?yàn)?MOS 管的導(dǎo)通壓降是非常小的,所以在 Rds 之上的能量損耗是比較少的。
    2.2.2 NMOS 控制 PMOS
    進(jìn)一步地,上圖的電路可以擴(kuò)展為下圖,PMOS 的柵極通過 NMOS 來控制。
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    拓展為此電路,針對 VCC_IN 與 PWR_CON 電壓就沒有強(qiáng)制的要求了。當(dāng) PWR_CON 為高電平的時候,NMOS 導(dǎo)通,PMOS 的柵極被拉低到低電平,PMOS 導(dǎo)通,VCC_OUT 有電壓輸出;反之,當(dāng) PWR_CON 為低電平時,NMOS 關(guān)斷,從而使 PMOS 也斷開,這樣就完成了 VCC_IN 輸出電壓到 VCC_OUT 的控制。
    2.2.3 按鍵上電控制
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    上圖的電路,就可以完成所謂的按鍵開機(jī)的功能。
    (1)按下 K1 按鍵,PMOS 的柵極被拉低,Vgs < 0,PMOS 導(dǎo)通,VCC_OUT 有電壓輸出;
    (2)VCC_OUT 有電壓輸出,按鍵按下時可完成對 MCU 的供電,然后軟件端通過 MCU 的 GPIO 進(jìn)而控制 NMOS 的柵極,即 PWR_CON 。先通過 KEY_DET 檢測到按鍵動作,然后把 PWR_CON 設(shè)置為高電平,NMOS 導(dǎo)通,使得 PMOS 也導(dǎo)通,這時候抬起按鍵,VCC_OUT 一端也有電壓穩(wěn)定輸出,就實(shí)現(xiàn)了按鍵上電開機(jī)的功能。
    此電路的二極管,功能是防止電壓反竄和 對MCU 的 GPIO 的保護(hù)。
    功能流程:
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    2.3 反相(非門邏輯)
    如果電路中需要實(shí)現(xiàn)邏輯非的功能,可以采用 MOS 管(三極管)加上電阻來實(shí)現(xiàn),如下圖所示:
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    通過一個 MOS 管(三極管)加上兩個電阻,就可以實(shí)現(xiàn)非門的邏輯。
    具體的應(yīng)用可參考本文:再學(xué) SPI ——(一)SPI片選信號
    2.4 電池防反接功能
    在大多數(shù)的電池防反接電路中,常選擇壓降小的二極管(如:肖特基二極管)來完成,但是針對如 3.7V 鋰電池的應(yīng)用場景,肖特基約為 0.2V 的壓降天然的造成了電池容量的浪費(fèi),而 MOS 管導(dǎo)通的低壓降(Vds)就有很大的優(yōu)勢了。
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    如上圖所示,PMOS 在此處的作用就是防止 VBUS 存在時,LDO Vin 端的電壓反竄到電池上。
    原理分析:
    (1)當(dāng) USB VBUS 存在時,PMOS 的柵極電壓 Vg = 5V,源極電壓 Vs = 3.7V(假設(shè)此時的電池電壓為 3.7V),Vgs = 5 - 3.7 = 1.3V(大于0),此時 PMOS 關(guān)斷,就起到了防止 Vin 端電壓反竄的作用;
    (2)當(dāng) USB VBUS 不存在時,PMOS 的柵極通過 10K 的電阻下拉到 GND,因此柵極電壓 Vg = 0V,源極電壓 Vs = 3.7V(假設(shè)此時的電池電壓為 3.7V),電池通過 PMOS 自身的寄生二極管使得 Vs = 3.7V,所以 PMOS 的導(dǎo)通電壓 Vgs = 0 - 3.7 = -3.7V,PMOS 導(dǎo)通,這樣就完成了電池電壓到 Vin 端的輸入。
    上圖的 LDO 電路,只要使能端 LDO_CON 給一個開啟信號,輸出端 V_3V3 就可以穩(wěn)定輸出 3.3V,C3、C4 為 LDO 的輸入輸出電容,一般大于 1uF(具體參考數(shù)據(jù)手冊取值)。
    具體的應(yīng)用可參考本文:電源防反接小結(jié)
    2.5 IO通信雙向切換
    在一些設(shè)備中,如果兩個通過 IO 連接的器件,某一時刻,一個處于休眠,一個處于掉電,這時候就會導(dǎo)致休眠的器件向掉電的器件灌入電流,為了完全杜絕此狀態(tài)下的電路竄入,可采取如下電路的設(shè)計(jì)(比如:I2C 的 SDA 信號)
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    原理分析:
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    如上面兩個方向的表格分析,這樣通過 NMOS 就完成了一個 IO 雙向通信的控制。(只能選擇 NMOS,不可選擇 PMOS,原因讀著可以自行分析一下)
    2.6 3.3V 與 5V 的電平轉(zhuǎn)換
    (1) MOS 實(shí)現(xiàn):
    在實(shí)際的應(yīng)用中,常會遇到通信的兩個芯片之間的電平不匹配的問題,這時候就需要通過外部的電路來完成電平匹配的工作(如:MCU 的電平為 3.3V,而外設(shè)的電平為 5V)。
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    原理分析:
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    反之,也完成了對 5V 設(shè)備的數(shù)據(jù)的讀取。
    注:此電路用三極管也可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能,如下圖:
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    (2) 兩級 NPN 實(shí)現(xiàn):
    如下圖所示,3.3V 與 5V 之間的電平轉(zhuǎn)換,也可以通過兩級的 NPN 三極管來實(shí)現(xiàn)。
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    原理分析:
    MOS管應(yīng)用電路 開關(guān)控制電路
    以上為一些常用的 MOS 管的實(shí)際應(yīng)用電路
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