MOS做电源开关的电路，NMOS、PMOS⾼侧低侧驱动⼤全解，电容浮栅⾃举 电路，泄放电阻的。。。
随着对器件的控制需求提升，越来越多的电源开关电路出现在设计中。这些设计的⽬的各有不同：有的需要快速开通与关断，有的需要低导通电阻+⼤电流，有的需要闲时0功耗。虽然应⽤场合不同，但做开关可是MOS的强项。下⾯来介绍⼏种产品设计中常⽤的MOS做电源开关的电路。 1、NMOS低侧电源开关
【低侧驱动，最简单最实⽤，但不⼀定适⽤所有的电路，会对部分电路的⼯作有影响】
由于NMOS和PMOS在原理和⽣产⼯艺上存在差异，导致同价格的NMOS在开通速度、额定电流、导通内阻这些参数上均优于PMOS，所以设计中尽量优先选择NMOS。
下图为使⽤NMOS，最简单的开关电路。（低侧驱动）
CONTROL为控制信号，电平⼀般为3~12V。负载⼀端接电源正极，另⼀端接NMOS的D（漏极）。
CONTROL电平为⾼时，Vgs>NMOS的Vgs导通阀值，MOS导通，负载⼯作。
CONTROL电平为低时，Vgs=0，MOS关断，负载停机。
1.1、设计时注意事项
1.1.1、泄放电阻 R1
上⾯这个电路中，通常都会在NMOS的G极、S极间，并联⼀个10K左右的电阻。这个电阻通常被叫做泄放电阻，⽤来泄放GS极间的电荷。加它的原因是因为MOS的GS极间的阻值⾮常⾼，通常为M欧以上，并且GS间还有结电容，这就导致GS⼀旦充电，就很难释放掉。如果没有这个泄放电阻，在G极通⼊⾼电平，负载会⼯作，⽽将G极上的控制信号拿开，由于结电容的存在，GS间的电压会维持在导通阀值以上很长⼀段时间，负载仍会继续⼯作。⽽加了泄放电阻，会加快泄放速度，使电路功能更加合理易⽤。
1.1.2、Vgs电压范围对导通速度、导通内阻的影响
通常来讲，TO-220、TO-251AA、SOP-8、SO-8（DFN3x3 5x5）、TO-252、TO-263 这些封装较⼤的器件，其额定耐压、额定电流都⽐较⼤，Vgs的最⼤允许范围⼀般为± 20V。
因Vgs的驱动电压越⾼，MOS的导通电阻就越⼩，导通速度也越快，所以像电机控制⼀般多使⽤12V作为驱动电压。（见下图⼿
册，Vgs=4.5V 和 10V 时，MOS导通内阻的对⽐）
SOT-23封装的MOS，其Vgs最⼤范围⼀般为± 12V。
切莫使Vgs超出⼿册规定的范围，会使MOS损坏。
下图为 IRLR7843 - NMOS 数据⼿册的部分内容。
1.1.3、寄⽣结电容 | 驱动电流 | 栅极驱动器
1.1.3.1、寄⽣结电容对开断速率的影响
MOS的GS极间的寄⽣结电容⼤⼩，影响了开断速度。越⼩开断越快，响应越迅速。选型时，应尽量选择⼩的，可以有更快的开断速度，以降低开关损耗。
1.1.3.2、寄⽣结电容和驱动频率对驱动电流的需求
MOS的GS极内阻⾮常⼤，对外主要体现为容性，低频时对电流的需求不明显，⽽随着频率升⾼，电
容充放电频率的加快，电容的容抗与频率成反⽐，容抗变⼩。
这时在输⼊信号的频率相对较⾼的条件下，驱动MOS就需要⽐以前⼤得多的驱动电流。⼤到⼀定程度，MCU端⼝能提供的⼏mA电流就显然不够⽤了，继续使⽤MCU端⼝直驱，⼀⽅⾯会使MCU过载，另⼀⽅⾯会对输出信号的波形造成衰减，严重时会影响NMOS的正常开通。
这种情况，常见于电机控制或者电源转换。控制信号通常为⼏⼗KHz~⼏M的PWM波形。需要使⽤专⽤的MOS栅极驱动IC。NMOS的低侧驱动IC很简单，内部⼤多为⼀个半桥。市⾯上使⽤更多的驱动IC为⾼侧+低侧栅极驱动IC，即为NMOS半桥栅极驱动，⽽单单低侧的栅极驱动由于较为简单，搞个NP对管就能实现相近的效果，即使芯⽚有很多选择，也并不常⽤。
2、NMOS⾼侧电源开关（⾼侧驱动，稳定、性能好）
【也叫⾼端驱动、⾼边驱动，因⾼端中⽂容易混淆，所以⼀般书⾯形式叫⾼边、⾼侧的会多⼀些】
NMOS做低侧开关，是⽤NMOS将元件的GND浮空，并通过开通GND开开关电路负载。
⼀般的电路这样⽤可能没什么问题，但有的则不⾏，例如需要低侧电流采样的电机驱动电路，可能导致⼯作异常。或者有电源完全断开的需求，NMOS低侧开关显然不适合。
NMOS的⾼侧栅极驱动，⼀般需要搭配额外的栅极驱动芯⽚，这类芯⽚⼤体有两种：
1、集成电荷泵的NMOS⾼侧驱动：⼀种是内部集成电荷泵的。可允许⾼侧NMOS的持续开通，即允许100%占空⽐输⼊。性能稳定，
但栅极驱动器芯⽚的成本略⾼。
2、电容浮栅⾃举：另⼀种是通过电容浮栅⾃举。需要输⼊信号为PWM，通常只允许99%占空⽐输⼊，以在空闲时间给⾃举电容充电。
这种应⽤需要限制PWM信号的占空⽐，不能100%占空⽐输⼊，不能⾼侧持续导通。
电容浮栅⾃举电路原理
电机控制和功率变换应⽤中，较多使⽤的是电容浮栅⾃举，其内部电路形式⼤多为 ⾼侧+低侧栅极驱动IC，或者叫NMOS半桥栅极驱动IC。其内部集成死区控制器，以防⽌半桥上下管同时开通，造成短路MOS过流损坏，俗称炸管。常⽤型号如 IR2101、IR2104、
高压mos管IR2110、IR2130，市⾯上的⼤多数栅极驱动IC多以这⼏款IC为仿照蓝本。
下⾯简述下电容⾃举电路的原理，其是如何实现⾼压隔离和 电容⾃举充放电的。个⼈理解可能有偏颇，还望指正。这⾥以 IR2101 的⼿册为例。
请留意第⼆张的右上⾓：
0、图1右侧的TO与LOAD是直接连接的，且 HIN、LIN 的信号近似为差分（⼀般会额外插⼊些死区），所以右侧半桥输出的电平，可
以近似的看为 0 ~ 600V 的数字信号，输出不是600V就是0V。这是⼤前提，这⾥先不考虑外部负载对上升、下降沿过程的影响，近似看做纯数字电路来⽅便理解。
1、当输⼊信号 HIN 为0时，图2右上⾓的 ⾼侧MOS关断，低侧MOS导通。外部⾼侧NMOS的GS通过内部的低侧MOS来迅速放电，
使外部⾼侧MOS关断。于此同时，外部低侧MOS导通，半桥输出电平为0V，可近似看作⾃举电容的低边直接接到了GND上，构成了⾃举电容的充电回路。这时⾃举电容会在⼆极管的辅助下，择机充电。
2、当输⼊信号 HIN 为1时，图2右上⾓的 ⾼侧MOS导通，低侧MOS关断。⾃举电容通过 Vb -> HO 路径向 外部的⾼侧NMOS放
电，于是外部的⾼侧NMOS导通，⾃举电容逐渐放电电压缓慢变低。因MOS的GS极间内阻⾮常⼤，外部的⾼侧NMOS可以保持导通很长时间。【这步相当于将冲好电的⾃举电容，突然架空GND，再瞬间转移到到 Vs 和 HO 上，使外部NMOS的GS间电位与⾃举电容保持⼀致。整个过程与电荷泵倍压的原理⼏乎是⼀样的，只不过这⾥的充放电频率与HIN、LIN的频率保持⼀致，⽽电荷泵倍压⼀般使⽤内置震荡源】
因 HIN、LIN 输⼊信号为PWM，且限制最⼤占空⽐为99%，上⾯过程随PWM周期重复。
NMOS电荷泵⾼侧驱动IC的⼀些型号
在IC⼚商官⽹的产品选型页，不是很容易直接搜到 MOS⾼侧驱动。⼀般被叫做 热插拔控制器，额外集成了⾼边差分放⼤器，对浪涌电流进⾏保护。
TI的 ⾼侧开关产品列表，其MOS都是内部集成的，不能外接NMOS。好不容易能在 电⼦保险丝和热插拔控制器 中到个 LM5060。单纯的NMOS⾼侧驱动型号很少，⼤多都是集成电流保护的 热插拔控制器。
ADI 有专门的 热插拔控制器 和 ⾼侧栅极驱动器 分类，能外接NMOS的型号还是⾮常多的。如LTC4380、ADM4210、LTC4440、LTC7000。
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