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為什么PWM驅(qū)動(dòng)芯片用圖騰柱電路?

作者: 時(shí)間:2025-03-11 來源:硬件筆記本 收藏

的應(yīng)用非常廣泛,比如單片機(jī)的推挽模式輸出,PWM控制器輸出,橋式驅(qū)動(dòng)電路等。推挽的英文單詞:Push-Pull,顧名思義就是推-拉的意思。所以又叫推拉式電路

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202503/467934.htm


圖1:鋸木頭

?有很多種,根據(jù)用法的不同有所差異,但其本質(zhì)都是功率放大,增大輸入信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力,且具有兩個(gè)特點(diǎn):

①很強(qiáng)的灌電流,即向負(fù)載注入大電流;

②很強(qiáng)的拉電流,即從負(fù)載抽取大電流。

相關(guān)文章:動(dòng)畫演示什么是拉電流、灌電流。


圖2

?如圖3NPN+PNP三極管組成的推挽電路,這就是我們常用的互補(bǔ)推挽電路。特點(diǎn)是輸出阻抗很小,驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)。相關(guān)文章:STM32的GPIO電路原理。


圖3:互補(bǔ)推挽電路

?如圖4,輸入信號(hào)由低電平跳變到高電平,上管導(dǎo)通。


圖4:上管導(dǎo)通

?如圖5,輸入信號(hào)由高電平跳變到低電平,下管導(dǎo)通。


圖5:下管導(dǎo)通

?如圖6,NPN+PNP構(gòu)成的互補(bǔ)推挽電路是共射極輸出,在任意時(shí)刻,有且只有其中一個(gè)管子導(dǎo)通有輸出。


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(fēng)變了。按常規(guī)思路應(yīng)該是如圖7所示的電路圖;如果單獨(dú)輸入是0V或12V,那么該電路看似沒有毛病,但是輸入信號(hào)是變化的,電壓信號(hào)高低電平的跳變有過渡的過程,所以在某個(gè)中間電壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通的情況,這是要炸管的,切記!


圖7:錯(cuò)誤的推挽電路

?如圖8為推挽驅(qū)動(dòng)MOS管的電機(jī)調(diào)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(guān)斷時(shí)間都非常短,平臺(tái)電壓也非常窄,可有效降低開關(guān)損耗。


圖8:電機(jī)調(diào)速電路

?當(dāng)然,如圖9把三極管替換成MOS管也是完全可以的,驅(qū)動(dòng)能力會(huì)更強(qiáng)勁。


圖9:MOS管結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)推挽

以上互補(bǔ)推挽電路的輸入信號(hào)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(hào)的幅值也必須是12V。如果輸入低于12V,輸出也也會(huì)低于12V,參考圖6所示,那么在管子上形成的壓降會(huì)導(dǎo)致管子發(fā)熱嚴(yán)重

?那么有沒有小電壓驅(qū)動(dòng)大電壓的推挽結(jié)構(gòu)呢,當(dāng)然有,在很多驅(qū)動(dòng)芯片里非常常見,我們管TA叫圖騰柱;圖10所示。


圖10

圖11的紅框內(nèi),圖騰柱由NPN+NPN構(gòu)成,上管前級(jí)有個(gè)非門。(實(shí)際上,芯片框圖對(duì)有些功能只以模塊化展示,涉及的細(xì)節(jié)屬于絕密是不可能呈現(xiàn)出來的)

?為什么芯片采用圖騰柱而不是互補(bǔ)推挽呢?原因是芯片內(nèi)部的工作電壓為5V(VCC經(jīng)過芯片內(nèi)部的線性電源得到5V),由前面對(duì)互補(bǔ)推挽的分析得知該結(jié)構(gòu)并不適用于小電壓驅(qū)動(dòng)大電壓;于是圖騰柱結(jié)構(gòu)的推挽孕育而生。


圖11:圖騰柱

?如圖12為圖騰柱仿真電路,信號(hào)源為5V/1k的方波,二極管D1的作用是防止Q3、Q4同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致炸管。


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(lán)色表示Uo輸出波形,實(shí)現(xiàn)了小電壓驅(qū)動(dòng)大電壓的推挽輸出。


圖13:圖騰柱仿真波形

?如圖14為互補(bǔ)推挽仿真電路,信號(hào)源為12V/1k的方波。


圖14:互補(bǔ)推挽仿真電路

?如圖15為互補(bǔ)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(lán)色表示Uo輸出波形。


圖15:互補(bǔ)推挽仿真波形

?然而,我們常用的運(yùn)放也是推挽輸出,運(yùn)放的一個(gè)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。


圖16:運(yùn)放的推挽輸出

?如圖17,運(yùn)放輸出端與反相輸入端直接相連就構(gòu)成了常用的跟隨器,輸出電壓等于輸入電壓,驅(qū)動(dòng)能力大大增強(qiáng)。


圖17:跟隨器

?要點(diǎn):

①圖騰柱是NPN+NPN結(jié)構(gòu),互補(bǔ)推挽是NPN+PNP結(jié)構(gòu);

②圖騰柱有非線性特征,只能用于PWM輸出,而互補(bǔ)推挽有線性特征,除了用于PWM輸出外,還可用于模擬信號(hào)輸出;

③圖騰柱多見于PWM芯片驅(qū)動(dòng),用于直接驅(qū)動(dòng)功率MOS管;互補(bǔ)推挽多見于搭建的電路以及MCU(單片機(jī))、運(yùn)放等芯片;

④PWM控制時(shí),圖騰柱輸入電壓可小于驅(qū)動(dòng)電壓,而互補(bǔ)推挽必須是輸入電壓與驅(qū)動(dòng)電壓相等。

關(guān)于圖騰柱和互補(bǔ)推挽,很多時(shí)候都被認(rèn)定是同一個(gè)電路(且存在爭(zhēng)議),其實(shí)不然,正確認(rèn)識(shí)以及了解它們的區(qū)別后,相信讀者對(duì)它們有個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。




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