功率MOSFET接口电路

　　除了使用单晶体管或达林顿对之外，功率MOSFET还可用于切换中功率器件。与双极结型晶体管BJT不同，BJT需要基极电流来驱动晶体管进入饱和状态，MOSFET开关几乎不需要电流，因为栅极端子与主载流通道隔离。

　　基本MOSFET开关电路

　　

具有正阈值电压和极高输入阻抗的N通道增强型(常关)功率MOSFET(eMOSFET)使其成为直接连接微控制器，PIC和数字逻辑电路的理想器件如图所示产生正输出。

 

　　MOSFET开关由栅极输入信号控制，由于MOSFET具有极高的输入(栅极)电阻，我们可以将几个功率MOSFET并联，几乎没有限制，直到我们实现连接负载的功率处理能力。

　　在N沟道增强型MOSFET中，器件截止(Vgs = 0)，沟道闭合，就像常开开关一样。当向栅极施加正偏压时，电流流过沟道。电流量取决于栅极偏置电压Vgs。换句话说，为了在饱和区域内操作MOSFET，栅极 - 源极电压必须足以维持所需的漏极，从而保持负载电流。

　　如前所述，n沟道eMOSFETS由栅极和源极之间施加的电压驱动，因此如图所示在MOSFET栅极 - 源极结上添加齐纳二极管，用于保护晶体管免受过多的正或负输入电压，如例如，由饱和运算放大器比较器输出产生的那些。齐纳二极管钳位正栅极电压，并作为常规二极管，开始导通栅极电压达到-0.7V，保持栅极端子远离其反向击穿电压限制。

　　MOSFET和集电极开路栅极

　　

当我们使用具有集电极开路输出的栅极和驱动器时，从TTL连接功率MOSFET的输出会产生问题，因为逻辑门可能并不总能为我们提供所需的V GS输出。解决此问题的一种方法是使用如图所示的上拉电阻。

 

　　上拉电阻连接在TTL电源轨和逻辑门输出之间，逻辑门输出连接到MOSFET栅极端子。当TTL逻辑门输出处于逻辑电平“0”(低电平)时，MOSFET处于“关闭”状态，当逻辑门输出处于逻辑电平“1”(高电平)时，电阻将栅极电压拉至+ 5v轨道。

　　利用这种上拉电阻器配置，我们可以通过将其栅极电压连接到上部电源轨来完全将MOSFET“接通”，如图所示。

　　输出接口电机

　　我们已经看到，我们可以使用双极结型晶体管或MOSFET作为输出接口电路的一部分来控制整个器件范围。一种常见的输出装置是直流电动机，其产生旋转运动。有数百种方法可以使用单个晶体管，达林顿晶体管或MOSFET将电机和步进电机连接到微控制器，PIC和数字电路。

　　问题在于电动机是使用磁场，电刷和线圈来产生旋转运动的机电装置，因此，电动机，特别是便宜的玩具或计算机风扇电动机产生大量的“电噪声”和“电压尖峰”。会损坏开关晶体管。

　　通过在电机端子上连接续流二极管或非极化抑制电容器，可以降低电机产生的电噪声和过电压。但是，防止电噪声和反向电压影响半导体晶体管开关或微控制器输出端口的一种简单方法是通过合适的继电器为控制和电动机使用单独的电源。

　　下面显示了将机电继电器连接到直流电机的输出的典型连接图。

　　ON / OFF直流电机控制

　　

 

　　NPN晶体管用作tn ON-OFF开关，为继电器线圈提供所需的电流。需要续流二极管，与上述相同，因为当断电时流过电感线圈的电流不能立即减小到零。当基极输入设置为高电平时，晶体管切换为“ON”。电流流过继电器线圈，其触点闭合驱动电动机。

　　当晶体管基极的输入为低电平时，晶体管切换为“OFF”，电机停止，因为继电器触点现在打开。通过去激活线圈产生的任何反电动势流过续流二极管并缓慢衰减到零以防止损坏晶体管。此外，晶体管(或MOSFET)是隔离的，不受电机运行产生的任何噪声或电压尖峰的影响。

　　我们已经看到，可以使用电机与其电源之间的一对继电器触点来打开和关闭直流电机。但是，如果我们希望电机在两个方向上旋转以用于机器人或其他形式的机动项目，该怎么办?然后可以使用两个继电器控制电机，如图所示。