推挽电路(图腾柱)

news2025/5/23 19:53:03

推挽电路:Push-Pull 即推-拉的意思。

推挽电路本质是功率放大电路(放大电流),增大输入信号的驱动能力,具有以下两个特点。

1 很强的灌电流,即向负载注入大电流。

2 很强的拉电流,即从负载抽取大电流。

图腾柱跟推挽就一个玩意。就是上下各一个晶体管,上管为NPN,下管为PNP,c极接正电源,e极接负电源,注意,是负电源,是地。两个b极接到一起,接输入,上管的e和下管的c接到一起,接输出。  用来匹配电压,或者提高IO口的驱动能力。有几种图腾柱电路的变种,一种是两管全用NPN(可以实现输入PWM幅值电压小于输出PWM幅值电压),但是下管通过一个反相器接到输入,也起到同样作用;还有一种是下管的e接到地,两管之间靠一个稳压管代替负电源。

   NPN型三极管   

 PNP型三极管

NPN+PNP三极管组成的推挽电路,这就是我们常用的互补推挽电路。特点是输出阻抗很小,驱动能力很强。输出与输入相位一致

该图是正确的推挽电路,必须输入的PWM的高电平跟供电电压一致。若驱动小于供电,例如是MCU的电平的话,一般MCU输出的幅值是3.3V,供电电压12V,会出现 1 由于三极管的PN压降,那么给到MOS驱动的只有2.7V左右,不能使得MOS管完全的导通。 2 这个时候三极管的Vce压降有9.3V,又此处的驱动电流比较大,会有200mA-2A,那么三极管的功耗会非常大。

这是一个错误的用法,如果单独输入是0V或12V,那么该电路看似没有毛病,但是输入信号是变化的,电压信号高低电平的跳变有过渡的过程,所以在某个中间电压时会出现两个管子同时导通的情况,这是要炸管

为什么芯片采用NPN+NPN而不采用PNP+NPN原因是芯片内部的工作电压为5V(VCC经过芯片内部的线性电源得到5V),由前面对互补推挽的分析得知该结构并不适用于小电压驱动大电压;于是图腾柱结构的推挽孕育而生。

图腾柱电路工作原理分析
1)首先要确定的是你需要多少的驱动能力?要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?以MOSFET为例,驱动其实就是对MOS的门级电容的充放电,这就要考虑你有几个MOS并联,门级电容有多大?MOS的Rg有多大,加上驱动回路寄生电感等,其实就是一个LRC串联回路。2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。4)这个时候再考虑的就是你PCB板layout的空间,位置,准备为这个电路花多少钱选器件,用MOS还是BJT,综合考虑,然后就想办法选器件吧,当然还要考虑IC的输出信号和你选的图腾柱器件(MOS或BJT)之间也是个回路,这会不会有问题?5)另外要考虑的是,这个图腾柱能不能彻底关掉,这就又要考虑N在上还是P在上,正开还是负开,比如选用PMOS做关断,关断时图腾柱输出会仍有一个等于Vgs电压的电压加在你的负载MOS上,如果这个电压高于你的负载MOS门槛的话,----这就意味着你没关掉,虽然你前面关掉了。更痛苦的是,前面和后面的MOS门槛电压tolerance都会非常大,再考虑到温度系数。6)还要重点考虑的是图腾柱的器件也是要损耗功率的,所以要考虑它的温度及功耗会不会有问题。  总之,具体用时要考虑的问题还真不少,单挑一个出来都非常简单,但加到一块,还真要花点时间研究计算一下。因为是做产品,所有的规格参数,寄生参数,tolerance,温度,cost,PCB空间等等等等,前前后后的一堆问题都得面对,不象写paper或仿真,抓住一点,其它都可考虑为理想状态,这样当然很快可以推出理想的结果。

   在实际使用中,如果我们就按照图中所示的电路的话,往往会因为走线电感与管子的结电容引起谐振而带来问题。这时候我们可以增加电路图中的R1与D1加速放电,避免引起共振

    

为了提升图腾柱的抗干扰能力,我们可以将电路改为下图所示

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