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解密為何PWM驅動芯片用圖騰柱以及圖騰柱和互補推挽之間有什么區(qū)別

GReq_mcu168 ? 來源:個人圖書館 ? 作者: 阿坤學醫(yī) ? 2021-04-07 13:54 ? 次閱讀

推挽電路的應用非常廣泛,比如單片機的推挽模式輸出,PWM控制器輸出,橋式驅動電路等。推挽的英文單詞:Push-Pull,顧名思義就是推-拉的意思。所以推挽電路又叫推拉式電路。 推挽電路有很多種,根據用法的不同有所差異,但其本質都是功率放大,增大輸入信號的驅動能力,且具有兩個特點: ①很強的灌電流,即向負載注入大電流; ②很強的拉電流,即從負載抽取大電流。

如圖3由NPN+PNP三極管組成的推挽電路,這就是我們常用的互補推挽電路。特點是輸出阻抗很小,驅動能力很強。

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圖3:互補推挽電路 如圖4,輸入信號由低電平跳變到高電平,上管導通。

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圖4:上管導通 如圖5,輸入信號由高電平跳變到低電平,下管導通。

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圖5:下管導通 如圖6,NPN+PNP構成的互補推挽電路是共射極輸出,在任意時刻,有且只有其中一個管子導通有輸出。

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圖6:共射極輸出 有朋友覺得三極管不都是集電極(C)作為輸出嗎?怎么畫風變了。按常規(guī)思路應該是如圖7所示的電路圖;如果單獨輸入是0V或12V,那么該電路看似沒有毛病,但是輸入信號是變化的,電壓信號高低電平的跳變有過渡的過程,所以在某個中間電壓時會出現兩個管子同時導通的情況,這是要炸管的,切記!

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圖7:錯誤的推挽電路 如圖8為推挽驅動MOS管的電機調速電路,MOS管的G極灌電流及拉電流都很大,于是MOS管的開通和關斷時間都非常短,平臺電壓也非常窄,可有效降低開關損耗。

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圖8:電機調速電路 關于三極管和MOS管的特性,前面的文章有詳細講解,有不明白的朋友可以翻一翻。 當然,如圖9把三極管替換成MOS管也是完全可以的,驅動能力會更強勁。

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圖9:MOS管結構的互補推挽 以上互補推挽電路的輸入信號幅值必須和推挽供電電壓一致,比如推挽供電電壓為12V,那么輸入的PWM信號的幅值也必須是12V。如果輸入低于12V,輸出也也會低于12V,參考圖6所示,那么在管子上形成的壓降會導致管子發(fā)熱嚴重。 那么有沒有小電壓驅動大電壓的推挽結構呢,當然有,在很多驅動芯片里非常常見,我們管TA叫圖騰柱;如圖10所示。

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圖10 如圖11的紅框內,圖騰柱由NPN+NPN構成,上管前級有個非門。(實際上,芯片框圖對有些功能只以模塊化展示,涉及的細節(jié)屬于絕密是不可能呈現出來的) 為什么芯片采用圖騰柱而不是互補推挽呢?原因是芯片內部的工作電壓為5V(VCC經過芯片內部的線性電源得到5V),由前面對互補推挽的分析得知該結構并不適用于小電壓驅動大電壓;于是圖騰柱結構的推挽孕育而生。

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圖11:圖騰柱 如圖12為圖騰柱仿真電路,信號源為5V/1k的方波,二極管D1的作用是防止Q3、Q4同時導通而導致炸管。

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圖12:圖騰柱仿真電路 如圖13為圖騰柱仿真波形,輸出與輸入相位相反,黃色表示Ui輸入波形,藍色表示Uo輸出波形,實現了小電壓驅動大電壓的推挽輸出。

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圖13:圖騰柱仿真波形 如圖14為互補推挽仿真電路,信號源為12V/1k的方波。

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圖14:互補推挽仿真電路 如圖15為互補推挽仿真波形,輸出與輸入相位一致,黃色表示Ui輸入波形,藍色表示Uo輸出波形。

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圖15:互補推挽仿真波形 然而,我們常用的運放也是推挽輸出,運放的一個特性就是輸入阻抗很大,輸出阻抗很小,輸出如圖16紅框所示,輸出阻抗不到200Ω。

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圖16:運放的推挽輸出 如圖17,運放輸出端與反相輸入端直接相連就構成了常用的跟隨器,輸出電壓等于輸入電壓,驅動能力大大增強。

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圖17:跟隨器 要點: ①圖騰柱是NPN+NPN結構,互補推挽是NPN+PNP結構; ②圖騰柱有非線性特征,只能用于PWM輸出,而互補推挽有線性特征,除了用于PWM輸出外,還可用于模擬信號輸出; ③圖騰柱多見于PWM芯片驅動,用于直接驅動功率MOS管;互補推挽多見于搭建的電路以及MCU(單片機)、運放等芯片; ④PWM控制時,圖騰柱輸入電壓可小于驅動電壓,而互補推挽必須是輸入電壓與驅動電壓相等。 關于圖騰柱和互補推挽,很多時候都被認定是同一個電路(且存在爭議),其實不然,正確認識以及了解它們的區(qū)別后,相信讀者對它們有個全新的認識。

編輯:jq

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原文標題:圖騰柱和互補推挽有什么區(qū)別?為什么PWM驅動芯片用圖騰柱

文章出處:【微信號:mcu168,微信公眾號:硬件攻城獅】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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