技术全面地设计光耦继电器开关知识

MOSFET代表金属氧化物半导体场效应晶体管。实际上，如果我们将其用作开关电路，则它比BJT更易于使用。如今，MOSFET在汽车，电源和一般电子设备的电路设计中作为低侧和高侧驱动器非常受欢迎。它是一种电压控制设备，因此很容易偏置成为开关。设计MOSFET开关有两种选择。一种是低压侧驱动，另一种是高压侧驱动。在前者中，当MOSFET饱和时，它将为电路接地提供路径。对于后者，当MOSFET饱和时，它将提供通往电路电源的路径。

在本文中，我将使用继电器作为负载，因为它具有电感特性，可能会对设计造成挑战。这样，该电路也称为继电器驱动器。

根据定义，继电器驱动器是一种电路，旨在为继电器线圈通电以改变接触状态。回想一下，继电器通常具有两种接触状态：打开和关闭。通常，继电器具有常开触点。这意味着当线圈未通电时，触点将保持断开状态。线圈可以由BJT或MOSFET驱动，但是在本主题中，我们将讨论后者。MOSFET继电器驱动器。

一些设计工程师更喜欢将驱动电路放置在继电器线圈的下侧，这称为低侧驱动。使用术语本身，驱动电路将是为电流路径闭合而提供继电器线圈的接地路径的驱动电路。

1.设计MOSFET开关电路配置

如上所述，设计MOSFET开关有两种方法。低端或高端。低端驱动配置的公共电路如图1所示。驱动设备S1位于继电器线圈的下侧，因此当被V2偏置时，它将提供接地路径。绿色包围的设备是继电器，电感为10µH的左侧为线圈，右侧为触点。

S1应该在饱和区域工作，以便继电器线圈两端的电压足够高，以满足继电器的启动或引入电压要求。顺便说一句，启动电压是在启动以启动操作期间其线圈两端的继电器电压要求。通常，对于额定值为12V的继电器，在额定工作温度下的启动电压为9V。拾取电压会随工作温度而变化，因此在实际设计中最好考虑它。在电源设计等某些应用中，出于效率原因，在继电器线圈中串联插入了一个较小值的限流电阻，以至少最小化线圈电流，但要保持足够高的启动电压以保证继电器启动。另一方面，在某些应用中，例如汽车，效率不是必需的，因此该限流电阻器不是设计的一部分。现在，我有一个问题要问，如果没有与继电器线圈串联的限流电阻，那么继电器是否会跨接在电源电压上而不会损坏？答案不是。继电器线圈已经具有内置的内部电阻。该线圈电阻将成为控制电流的一个。只要电源未超过继电器额定电压，继电器即使直接连接到电源也不会损坏。

先进光半导体

在图1中，电阻器R2的目的只是为了确保在V2无法提供逻辑低电平信号的情况下确保S1的关断条件。

将驱动设备置于低端的优点是可以像微控制器输出一样以较小的电压电平对其进行控制。如今，MCU（微控制器单元的缩写）可以输出5V电压，足以将MOSFET置于饱和状态。顺便说一句，默认情况下，如果我们说低侧驱动器或高端驱动器，则应将诸如图1电路中的S1之类的驱动设备驱动到饱和状态。如前所述，继电器线圈具有启动电压要求，以便开始运行。现在，如果驱动设备不会饱和，则可能无法满足该要求。将S1设置为饱和的另一个原因是，在饱和状态下，MOSFET的漏源导通状态电阻很低，因此电压降也很低，功耗也很低。出于可靠性原因和电源应用的效率要求，希望有较低的功耗。

总结这一部分，可以使用具有5V输出的MCU来控制图1中的MOSFET，并且将其发送至饱和并不是问题，因为有效的栅极至源极电压刚好等于V2的电平。（要使MOSFET达到饱和，栅极阈值电压必须有裕量。对于如图1所示的NMOS，要使其导通，施加的栅极-源极电压必须高于要求。对于NMOS，栅极-源电压为正号，从图1可以看出这是正确的，因为施加的栅极电压为5V，而源电压为0V，因为它已连接至电路接地，从而提供VGS=5V-0V=5V。）

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1.2。使用NMOS的高端驱动

设计MOSFET开关的另一种方法是通过高端驱动。高端驱动可以使用两种技术实现：一个正在使用NMOS，另一个正在使用PMOS。

图2显示了NMOS高侧驱动器电路的典型电路。再次，驱动电路的目的是给继电器线圈通电以使其闭合并为电动机负载供电。MOSFETS1应该被驱动到饱和状态，以便继电器线圈两端的电压足以满足所需的启动电压。该配置的第一缺点是栅极需要高于V1电平的电压。结果，MCU输出不再适用于该电路。让我们进一步分析结果。

如上所述，要使NMOS导通，栅极至源极的电压必须高于规定的阈值电压加上裕量。在这种情况下，当MOSFET饱和时，源极的电平也等于V1。现在，当V2的值低于10V时；让我们说5V作为上一节，由于VGS=5V-10V=-5V，MOSFET将不会导通。请记住，对于NMOS，VGS必须为正。现在，您需要有另一个高于V1的电源，以将MOSFET驱动到饱和状态并成功打开继电器。如果您的应用是汽车，则汽车电池的标称电压约为13.5V，在哪里可以得到比此更高的电源。在典型应用中，我们想使用MCU或DSP驱动MOSFET的栅极，而采用这种配置是不可能的。

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