低侧 N-Mosfet 降压转换器

电器工程 场效应管 直流-直流转换器 降压 开关稳压器
2022-01-16 19:04:24

我经常看到基本降压转换器的示意图。这些示意图中的大多数使用 P-MOSFET 作为高端开关。

为什么这种设计优于低侧 N-MOSFET 降压转换器?

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

这种设计能行吗?负载是 12 V 风扇,3.6 W。MOSFET 将直接由微控制器以 PWM、5 V 逻辑、32 kHz 载波频率驱动。

4个回答

是的,这行得通。

优点是低侧开关更容易控制,因为它的输入以地为参考。

缺点是负载不是以地为参考的。如果你确定你有一个浮动负载,那么这是一个非常有效的事情。例如,我通常用类似的电路驱动螺线管。如果负载是反激式开关中变压器的初级,则此拓扑也适用。

例如,这是我目前正在处理的示意图片段。该产品是一种工业设备。

请注意,您可以翻转电感器和负载。这将负载的一侧固定到正电源,从而降低了负载的共模电压摆幅。

在这种情况下,我故意添加了一个电感器,即使负载的电感性足以消除单个脉冲。L6 和 C30 的原因是为了过滤 SolValve-wire 上的电压波动。如果没有这两个组件,那根导线将承载完整的开关脉冲。这将导致大量射频发射。

注意肖特基二极管来捕捉反激电流脉冲。只要电压不太高,肖特基二极管就适用于此。24 V 正好在肖特基二极管有意义的范围内。

您可能想知道为什么当被驱动的螺线管的额定电压为 24 V 时我会担心脉冲,这也是可用的电源电压。我可以打开 Q6 来打开电磁阀。但是,这需要很大的力量。我计划打开 Q6 约 500 毫秒以最初激活螺线管,然后通过使用 PWM 回落到较低的平均电流。将选择 PWM 占空比以确保通过螺线管的保持电流,而不是初始激活电流。许多继电器和螺线管被指定为保持激活所需的电流(或电压)比最初激活它们所需的电流(或电压)少。

这种拓扑结构的主要优点是如何轻松控制低侧开关。在这种情况下,VALVE 信号直接来自 0 至 3.3 V 微控制器数字输出。这种特殊的 FET 额定最大导通电阻为 37 mΩ,栅极驱动电压为 2.5 V。在 285 mA 时,它只会消耗 3 mW。用手指触摸它不足以让您注意到温度升高。

我同意奥林的建议,所以这是你的购物清单:

在 300mA 时,IRFR3910 是多余的,因为您有 2 个风扇,所以选择任何具有低 Qg 的廉价 SO-8 双 FET 以实现低栅极驱动电流。添加栅极电阻以减慢边缘速度以避免 EMI。在 32kHz 时,您不需要 10ns 的切换时间,1µs 就可以了。

使用肖特基二极管实现快速恢复(在不连续模式下也减少 EMI)。

屏蔽电感

对于低输出电压,您还可以降低频率……但您不太可能使用非常低的输出电压,因为风扇不会启动。

调节输出的反馈呢?由于负载不以地为参考,因此输出的直接分压器将不起作用。您必须使用光耦合器将参考转换为地。

我设计了具有这种精确配置的降压转换器,并且效果很好。在应用方面,主要区别在于您必须将两根电线连接到负载。除此之外,它更容易控制、计算和性能是相同的——甚至更好——因为找到低电阻 N 沟道 MOSFET 更容易/更便宜。