标题: 请教PMOS管驱动中二极管D1的作用是什么? [打印本页]

作者: hhh402    时间: 2025-4-16 11:08
标题: 请教PMOS管驱动中二极管D1的作用是什么?


作者: zl98    时间: 2025-4-16 13:42
D1能够防止输出电压通过Q9 PNP的射极基极二极管或者R3的路径灌入到PWM信号,通常这类驱动电路都是以弱信号驱动产生强输出,PWM信号通常来源于MCU/MPU/SOC/DSP etc...其幅值一般在1.8~5V之间,而VM作为功率管的源一般都是较高电压如12V/24V etc...
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-16 13:56
隔离高压电压灌入单片机引脚用的,驱动信号为5V,驱动电路为12V通过电阻会连通的.
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-16 14:03
D1不用也是可以的,它同三极管中的二极管方向相同,只要三极管耐压足够高就不会高压灌入的危险,假设三极管损坏属于短路则二极管一点用处都没有,可以断定为多余.
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-16 14:04
况且只控制一个管子,完全不用那么麻烦,用光耦足够.
作者: Y_G_G    时间: 2025-4-16 16:11
看了半天也没看到它有什么用
但不能信说要用光耦的,用光耦的,在小电流时影响不大,大电流时,容易烧坏功率管子
目前为止,没见过电调上面用光耦的
作者: hhh402    时间: 2025-4-16 16:18
如果作用如沙发所说的话,我觉得D1有点多余,光耦更没有必要,而且光耦速度太慢,驱动高速MOS不合适。
作者: xiaobendan001    时间: 2025-4-16 16:29
D1就是并联在三极管的集电结上面的,的确感觉没啥用。
作者: WL0123    时间: 2025-4-16 21:11
hhh402 发表于 2025-4-16 16:18
如果作用如沙发所说的话,我觉得D1有点多余,光耦更没有必要,而且光耦速度太慢,驱动高速MOS不合适。

D1就是蛇足,任何典型图腾柱驱动电路没见过此用法。
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-16 22:36
不仅D1多余Q8Q9更是多余,这充分体现了设计水平。
作者: szb314    时间: 2025-4-17 07:19
hhh402 发表于 2025-4-16 16:18
如果作用如沙发所说的话,我觉得D1有点多余,光耦更没有必要,而且光耦速度太慢,驱动高速MOS不合适。

炸管的时候,就懂了,D1只是保护作用,去掉也没什么,增加维修难度而已
作者: a399288395    时间: 2025-4-17 08:16
D1两个作用,1;是防止Q7导通的时候把自己的基极电压拉低把自己锁死;2;是隔离,防止VM的电压倒灌进单片机的PWM口。  其实这个电路设计太繁琐了; 完全不用这样做; D1可以直接去掉;
作者: GlenXu    时间: 2025-4-17 08:58
这是一个经典设计。
D1能防止Q7进入深度饱和,提高关断的速度。
作者: hhh402    时间: 2025-4-17 14:00
楼上说的好像有道理,但是用NI Multisim 14.0仿真,D1有没有差别不大,还是NI Multisim 14.0无法仿真这种情况?
作者: coody_sz    时间: 2025-4-17 16:13
抗饱和的
作者: coody_sz    时间: 2025-4-17 16:16
我是电路原设计者。
看完了评论,居然没人知道D1是用于三极管抗饱和的。如果没有D1,三极管退出饱和时间会有几个us,有D1则 三极管500ns之内就能截止。
说D1没有作用的,都是凭感觉而已,没有人去测试一下吗? 加单点,就是上拉一个1K电阻,5V供电,就可以测试了,使用双综数字示波器。
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-17 18:43
coody_sz 发表于 2025-4-17 16:16
我是电路原设计者。
看完了评论,居然没人知道D1是用于三极管抗饱和的。如果没有D1,三极管退出饱和时间会 ...

既然是原设计者,那么,可说其减小时间原理?
另Q7集电极直接10K是否能正常工作?
作者: xiaobendan001    时间: 2025-4-17 19:12
coody_sz 发表于 2025-4-17 16:16
我是电路原设计者。
看完了评论,居然没人知道D1是用于三极管抗饱和的。如果没有D1,三极管退出饱和时间会 ...

那么原理呢?科普一下呗
作者: 622323wjl    时间: 2025-4-17 20:59
D1不用也是可以的,它同三极管中的二极管方向相同,只要三极管耐压足够高就不会高压灌入的危险,假设三极管损坏属于短路则二极管一点用处都没有,可以断定为多余.应该是这个原因。
作者: qrw    时间: 2025-4-17 23:02
D1能够防止输出电压通过Q9 PNP的射极基极二极管或者R3的路径灌入到PWM信号,通常这类驱动电路都是以弱信号驱动产生强输出,PWM信号通常来源于MCU/MPU/SOC/DSP etc...其幅值一般在1.8~5V之间,而VM作为功率管的源一般都是较高电压如12V/24V etc...
作者: TP801    时间: 2025-4-18 12:25
防止三极管进入深度饱和状态,影响开关速度,你可以仿真或者实测试试,比较一下有无二极管时的区别。
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-18 14:10
TP801 发表于 2025-4-18 12:25
防止三极管进入深度饱和状态,影响开关速度,你可以仿真或者实测试试,比较一下有无二极管时的区别。

如果有,就请截图仿真来看看,调节到10ns观察,或者示波器也可,并请阐述其作用原理。
作者: hhh402    时间: 2025-4-18 16:46
仿真看不出来

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无标题.jpg

作者: xianfajushi    时间: 2025-4-18 19:20
hhh402 发表于 2025-4-18 16:46
仿真看不出来

三极管中二极管外并联二极管如何能从几个us减小到500ns?什么道理?
作者: 欧阳云天    时间: 2025-4-19 23:11
WL0123 发表于 2025-4-16 21:11
D1就是蛇足,任何典型图腾柱驱动电路没见过此用法。

D1是个有用的元件,推挽电路这边的电压高,万一损坏的时候可以防止电压倒灌进入MCU造成损坏,这种设计在电磁炉电路里面也有
作者: qinlu123    时间: 2025-4-24 09:32
xiaobendan001 发表于 2025-4-17 19:12
那么原理呢?科普一下呗

我猜,三极管基极寄生电容存的电可以通过二极管从集电极释放掉,没有这个二极管只能从R1释放掉
作者: coody_sz    时间: 2025-4-24 12:22
xiaobendan001 发表于 2025-4-17 19:12
那么原理呢?科普一下呗

看到不少人仍有疑问,统一回复这里:

抗饱和是三极管应用最基本的技术之一。

三极管从深度饱和退出缓慢的原因

电荷存储效应
  在深度饱和时,基区会积累过量的少数载流子(NPN管为电子,PNP管为空穴)。
  集电结正偏导致集电区也会注入大量少数载流子(NPN管集电区的空穴)。
  这些存储电荷形成"超量存储电荷",需要更长的关闭时间来清除。

深度饱和时VCE电压过低,出现双结正偏效应,导致:
  集电结耗尽层电容处于最大充电状态。
  发射结电容也完全充电。
  这些电容在退出时需要重新建立耗尽层,延迟电压恢复。

复合过程限制
  截止时存储电荷主要通过两种方式消散:
  (1) 基极反向电流抽走(主导作用),较小的基极电阻可以加快截止,但会加重驱动负担。
  (2) 载流子本征复合(速度较慢)
  深度饱和时PN结电荷极大,即便有强反向驱动电流,完全清除仍需较长时间。

要提高速度,PN结不要进入反偏,减小PN结充电电荷,使三极管不进入深度饱和是最简单有效的措施。
有多种抗饱和的电路,有兴趣的朋友可以自行去搜索,我大学时的模电课本(80年代版本)就有提及。
最简单的抗饱和电路就是使用抗饱和二极管,让三极管的VCE保持在0.5~0.8V左右,而只用一个肖特基二极管,可以令VCE在0.3V左右,虽然效果比VCE=0.5~0.8V稍差,但电路简单,零件少,成本低,工程上可以接受。

有人用虚拟软件仿真说没有效果,因为我不用仿真,所以不知道,建议实际搭电路测试,使用双踪数字示波器观察,最小采样1GHz,最小模拟带宽50MHz,示波器探头一定要使用x10档。下面给一个结果参考。测试时VCC=5V。




作者: Y_G_G    时间: 2025-4-24 13:03
hhh402 发表于 2025-4-18 16:46
仿真看不出来

我的仿真电路是看得出来的,加了二极管是300nS左右关断,不加二极管的是660nS左右关断
但是,这个在无刷驱动中并没有什么用,电感电流不能突变,最初的电流并不会太大,所以,也几乎看不到有人用这个电路的,不知道有这个电路存在也是正常的

作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 10:19
用参数接近的三极管作测试,BC817频率100M,比8050的150M还小些,仿真看下图: 这是正弦波驱动
这是方波驱动


作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 11:57
之前示波器时间调大了,不用发表,看新的。
方波,可见并联二极管反而时间多了。

正弦波


作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 13:48
再补充一张上升图片,这才是并联二极管带来的变长影响曲线。
至于正弦波的那个图,要品品。

作者: Y_G_G    时间: 2025-4-25 14:59
xianfajushi 发表于 2025-4-25 13:48
再补充一张上升图片,这才是并联二极管带来的变长影响曲线。
至于正弦波的那个图,要品品。

品品什么?加了二极管开关速度就是快了呀,这还要品什么
你的仿真就是错的,加了二极管开关就是快了,不是慢了对比一下我的电路,再看一下你的电路,看一下区别在哪里
这是64KHZ的仿真结果,加了二极管就是快了,不是慢了



作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 17:12
Y_G_G 发表于 2025-4-25 14:59
品品什么?加了二极管开关速度就是快了呀,这还要品什么
你的仿真就是错的,加了二极管开关就是快了,不是慢 ...

那就调到64千赫,150M的管子对于千赫信号。后级不管,就论并联二级管的这个三极管,哪里不同?不就是一个并联二极管,一个不并联二极管?



作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 17:21
不要心浮气躁,看我说的,要测试就要拿参数相近的管子,低频管子能用在高频电路?
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 17:24
从理论上并联也只能是增加结电容和结电荷区,速度自然也会有影响,变快的理论不成立。
作者: coody_sz    时间: 2025-4-25 17:47
xianfajushi 发表于 2025-4-16 22:36
不仅D1多余Q8Q9更是多余,这充分体现了设计水平。

你这说法,充分说明你没有实际做过这种驱动电路。
D1用于加速三极管截止速度,否则,你将会有几个us的延时,而PWM周期一般就是20~50us。
PWM加到上管,一般PWM频率为20~40KHz,MOSFET的等效输入电容比较大,VGS充电到10V或从10V放电到0V的电量超过50nC,假设只用一个1K上拉电阻放电,中点电压为5V,则平均电流为5mA,根据Q=I*t,放电50nC需要t=10us,使用两个三极管来快速充放电,可以达到500ns的速度。
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 18:59
coody_sz 发表于 2025-4-25 17:47
你这说法,充分说明你没有实际做过这种驱动电路。
D1用于加速三极管截止速度,否则,你将会有几个us的延 ...

推断正确,确实没实际设计过,现在是纸上谈兵,说不定将来会涉及到。
充放电理论也站得住,但就并联二极管来说,理论在上面已经说过,提高速度理论得不到支持的。
至于将来设计驱动选用管子类型,可能也不会选场效应管,或许选高频大功率场效应管型号。
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-25 19:25
然而要使得后面管子速度快,也不应该并联二极管,除非有特别理由以及理论支持。
仿真就不说了,大家都有仿真软件,都可以做,也不是一言堂,不如搭建电路示波器说话,并配合理论支持,论坛嘛,讨论还是有益的。
印象中场效应管结电容应该很小。
‌场效应管(MOS管)的结电容主要包括输入电容Ciss、输出电容Coss和反向传输电容Crss,其具体数值取决于MOS管的规格和设计。‌
结电容的定义和影响因素
‌输入电容Ciss‌:包括栅源电容Cgs和栅漏电容Cgd,其值通常在几皮法拉(pF)到几十皮法拉(pF)之间。例如,Ciss = Cgs + Cgd‌
‌输出电容Coss‌:漏源电容Cds,其值一般在几皮法拉到几十皮法拉之间‌
‌反向传输电容Crss‌:栅漏电容Cgd,其值也较小,通常在几皮法拉到几十皮法拉之间‌
如果是上述同1K电阻则频率应该是在兆赫兹范围。
作者: Y_G_G    时间: 2025-4-26 09:36
xianfajushi 发表于 2025-4-25 17:12
那就调到64千赫,150M的管子对于千赫信号。后级不管,就论并联二级管的这个三极管,哪里不同?不就是一个 ...

这种电路叫抗饱和电路,是电路知识中的一种,理论依据什么的就不要去纠结了,你不知道是因为这种电路并不像恒流或者放大那样常用,早期高速数字电路中就有这种应用
至于150MHZ对64KHZ,不要有这种管子随便能应付得过来的想法,你先去复习一下共发射极放大电路的频率特性再说
至于电路有什么不同,你的电路跟我的电路明显就不一样的呀,包括信号源,工作电压,三极管连接方式,根本就是两个电路呀
那你为什么不完全按照我的电路去试一下呢?反正你也有这个仿真软件,你也能看到我的仿真结果呀
作者: coody_sz    时间: 2025-4-26 13:51
xianfajushi 发表于 2025-4-25 19:25
然而要使得后面管子速度快,也不应该并联二极管,除非有特别理由以及理论支持。
仿真就不说了,大家都有仿 ...

大功率的MOSFET的输入电容可以到nF级别,实际计算要看Total Charge的库伦量,比如AOD403的VGS=10V时Total Charge为51nF,简单线性计算,恒流驱动,如果要求0.1us就充放电完毕(这是很常用的速度),则要求充放电电流=51*10^-9 / 10^-7 = 0.51A,这就是为什么那些驱动芯片大部分都能提供0.2~2A的驱动电流的原因。下面是我常用的驱动芯片EG2104的驱动电流参数,死区100ns,充电2A,放电2.5A。



作者: xianfajushi    时间: 2025-4-26 14:40
coody_sz 发表于 2025-4-26 13:51
大功率的MOSFET的输入电容可以到nF级别,实际计算要看Total Charge的库伦量,比如AOD403的VGS=10V时Total ...

场效应管目前还没有研究,等手头有示波器,搭建电路一定能观察到。
作者: rundstedt    时间: 2025-4-26 17:34
就是防止三极管进入深饱和状态的,当Q7 Vce低于0.5V,因为SBD D1的正向电压0.2V,而Q7 Vbe是标准的0.7V二极管正向电压,此时Q7的b极电流就从ce漏掉了,永远无法进入Vce小于0.3V的深饱和状态,那么管子从饱和恢复回来的速度会非常快。《数字电路》这本教材现在不讲74系列进化到74LS系列的往事了吗?
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-26 17:54
Y_G_G 发表于 2025-4-26 09:36
这种电路叫抗饱和电路,是电路知识中的一种,理论依据什么的就不要去纠结了,你不知道是因为这种电路并不像 ...

不用纠结?这不是提问者意愿,也不是论坛意愿,不是围观意愿,也不是参与者的意愿,大家都想弄明白,学些东西,对不。现在已经明白了些电路设计意图了,相信所有参与者多少有些收获。
那我就来说网络找到的资料,说是肖特基压降0.4低于三极管0.2,因此,先导通参与三极管电流,从而使得三极管集电极处于非深度饱和状态,为快速恢复争取到时间。
然而总观整个波形,争取那么点时间对整体波形时间来说不过杯水车薪,意义何在?对电机或元件意义何在?
电机对陡直加电,断电意义何在?
都知道电感特性,也知道交流电中的电机并不需要陡直波形,况且这一丁点陡直在这个脉冲波形来看算的什么?
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-27 11:05
仿真毕竟是仿真,不能表示示波器,修改了还是一样。


依然看不出加速迹线


使用场效应管确实有结电容充电的影响,选用场效应管有比三极管几个优势?
可以肯定的是使用三极管确实可以加速充电



作者: coody_sz    时间: 2025-4-27 18:05
rundstedt 发表于 2025-4-26 17:34
就是防止三极管进入深饱和状态的,当Q7 Vce低于0.5V,因为SBD D1的正向电压0.2V,而Q7 Vbe是标准的0.7V二极 ...

我估计都简化了吧,只有我们这些上年纪的老电工都还记得这些最基础的技术。
作者: coody_sz    时间: 2025-4-27 18:08
xianfajushi 发表于 2025-4-26 17:54
不用纠结?这不是提问者意愿,也不是论坛意愿,不是围观意愿,也不是参与者的意愿,大家都想弄明白,学些 ...

如果没有抗饱和电路,三极管截止会延时达到2us以上,而上下臂死区小于1us的话,就有烧管的危险,怎能说没有意义呢?做电机驱动的,烧管的很多。
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-28 10:44
coody_sz 发表于 2025-4-27 18:08
如果没有抗饱和电路,三极管截止会延时达到2us以上,而上下臂死区小于1us的话,就有烧管的危险,怎能说没 ...

答复的好,相信提问者,围观者,参与者,都能明白其道理。
仿真,我这里只得到相反的观察波形,当然不能与实际相比。
作者: Y_G_G    时间: 2025-4-28 13:13
xianfajushi 发表于 2025-4-26 17:54
不用纠结?这不是提问者意愿,也不是论坛意愿,不是围观意愿,也不是参与者的意愿,大家都想弄明白,学些 ...

1,你仿真的电路依然是不对的,很显然,你不太懂得用这个仿真软件
2,仿真结果确实只是参考而已,这不代表实际电路有同样的效果
3,这是一个数字电路内部的基础知识,不要用网上查到的东西来作为正确的答案来反驳
74LS系列就是加入了肖特基的诞生,你可以去看一下74LS07的规格书来验证这个二极管的作用
至于它能带来的加速效果,我在前面已经说了呀,是没什么用的,对于电感没多大意义
但不妨碍这个二极管具有"可以加快关断速度,提高开关速度"的作用
作者: xianfajushi    时间: 2025-4-28 14:23
Y_G_G 发表于 2025-4-28 13:13
1,你仿真的电路依然是不对的,很显然,你不太懂得用这个仿真软件
2,仿真结果确实只是参考而已,这不代表实 ...

算了,对于网络上能找到的资料也表示怀疑,假如说是由于电压比较低引起的三极管集电极被钳位,那么,用PNP不是更低了?然而,仿真曲线并未证实。
桥电路也看过几款,有人自称一个电路稳稳工作几十年没出过事的,纯三极管电路。
不要勉强用你选的三极管仿真模型,三极管模型多了。
数字电路要求信号上升下降陡直这很容易理解。
桥臂要求减少交越时间这也有理,那是对于场效应管特性采取的措施,而三极管可以说基本同信号保持一致,前级特定场合可以采用恒流阻抗。




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