因为这种结构画出来的电路图有点像印第安人的图腾柱,所以叫图腾柱输出(也叫图腾输出)。输出电极采用连接到NPN晶体管集电极的上电阻,该管的发射极连接到下管的集电极同时输出;下管的发射极接地。两个电子管的基极分别与前一级的控制器相连。也就是说,从DC的角度来看,上下两个输出管是串联的,两个管的连接处就是输出端。上管导通下管关断输出高电平,下管导通上管关断输出低电平。如果电路逻辑可以关断上管和下管,则输出为高阻态。在开关电源中,类似的电路通常被称为“半桥”。
一个有趣的解释:
图腾多是因为部落对生殖器官及其能力的崇拜。古代人类寿命短,生存困难,所以非常重视能增加生存能力的生育能力。说到男人,就是这个男人能力很强,部落里的人都会很佩服他。图腾柱驱动在电路中也有同样的能力:上下推拉力量强,速度快,只要有电就不知疲倦。
图腾柱驱动的功能和原理
图腾柱驱动者的角色:
图腾柱驱动电路的作用是提高电流驱动能力,快速完成栅极电荷的充电或放电过程。
什么时候用图腾柱驱动?
有些管道可能需要比较大的驱动电流或者浇注电流,这时候就需要图腾柱电路了。
图腾柱升降驱动原理分析
设备功能描述:
qn:BJT北部
qp:BJT
Qmos: NMOS有待推动
Rb:基极电阻
Cb:加速电容器
Rc:集电极电阻
Rg:驱动电阻
原理分析:
左边的输入驱动信号Drv_b(驱动能力弱)经过图腾柱输出电路,从三极管的发射极公共端出来,得到驱动能力(带负载能力)大大增强的信号DRV _ G;从能量的角度来看,弱能量信号Drv_b通过Qn和Qp的作用从Vcc取能,从而成为高能量的Drv_g信号。在这个能量转移过程中,Qn和Qp分别在截止和饱和状态下交替工作;
具体工作流程(逻辑分析)如下:
以方波为例,1代表高电平,0代表零电平,-1代表负电平;Vb表示qn和qp的共基极电压,Vqn_c表示Qn管的集电极电压,Vqn_be表示Qn管的基极-发射极电压,Vqp_be表示Qp的基极-发射极电压。
当输入驱动信号Drv_b=1、Vb=1且Vqn_be=1时。由于qn两端有Vcc电压,即Vqn_ce=1,Qn管饱和导通,Qn管的电流主要从集电极流向发射极,Drv_g=1,此时MOS管的结电容快速充电;(Qn管饱和导通,Vcc提供的驱动能力大大增强。)
当输入电压较低时,Drv_b=0,Vb=0,Vqp_be=-1。由于MOS管的结电容上有电压,即Vqp_ec=1,qp管饱和导通,Qp管的电流主要从发射极流向集电极,Drv _ g=0;此时MOS管结电容快速放电;(Qp晶体管饱和导通,MOS晶体管放电速度加快)
实际分析了一个图腾柱驱动电路的驱动能力。
电路说明
图腾柱放大电路由两个晶体管Q2和Q3组成,上管为NPN晶体管,下管为PNP晶体管;NPN三极管的集电极接变压器辅助绕组的电源输出端,接R7,与芯片共用同一个VCC,电源电压为20V。从DC的角度来看,电路是串联的,两对晶体管的连接点就是输出端。电路结构类似于B类模数功率放大器OCL。
理论分析
GATE输出的方波信号的正负两个半周期(高-低电平)依次分别被推挽输出级的两个“臂”放大Q2、Q3。每个“臂”的导通时间为脉冲的半个周期,这个处方波脉冲的工作频率为25-50KHz(频率根据负载不同而不同)。电路的逻辑过程是:高电平输入,上管导通下管关断,高电平输出;低电平输入,下管开上管关,输出低电平;当电路逻辑的上下管关断时,输出为高阻态。在开关电源电路中,类似的电路通常被称为“半桥”。图腾柱的简化等效电路图如下
理论计算如下:
一、工作状态分析
静态:VI=VO Q2、Q3不工作,Vo=0V。
动态:Vi=H(高电平) Q2开,Q3关;Vi=L(低电平):Q3导通,Q2关断;两个三极管分别工作在半个周期,该电路的工作原理类似于analogy上拉放大器。
根据等效电路,驱动电流Io=C(VgsDt)=(Vcc-Vgs)R,由此可推导出以下关系:
Vcc=Vgs*(1 RC/Dt)
=RC
VccVgs
因此,从DC电压的角度来看,只要Vcc电压正常且大于MOSFET的栅极电压,就足以使MOSFET永远工作在通/断状态,该电路的VCC电压设计值为20V。
b、电流放大倍数
上述电路中,R8为图腾电路的输入电阻,R8的值为100;R4是图腾电路的输出电阻,值为10。为了便于理解和推广,避免复杂的数学计算,在正常工作条件下直接测量totem电路输入电阻R8和输出电阻R4两端的峰值电压,通过测量的峰值电压粗略计算出电路输入输出端的峰值电流,从而验证引入电路的实际效果。
测试R8的电压波形,计算图腾电路的输入峰值电流。计算过程如下:
测量结果:
Vip=3.0V,R=100(设计值)
iip=VIPr8=3100=30ma;
测试R4的电压波形,计算totem电路的输出峰值电流。计算过程如下:
测量结果:
Vop=9.6V,R=10(设计值)
IOP=VOPR4=9.610=960毫安.
可以看出,totem逻辑电路的输出峰值电流Iop是输入峰值电流Iip的32倍。
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