图腾柱就是上下各一个晶体管，上管为NPN，c极接正电源，下管为PNP，e极接负电源，注意，是负电源，是地。两个b极接到一起，接输入，上管的e和下管的c接到一起，接输出。用来匹配电压，或者提高IO口的驱动能力。有几种图腾柱电路的变种，一种是两管全用NPN，但是下管通过一个反相器接到输入，也起到同样作用；还有一种是下管的e接到地，两管之间靠一个稳压管代替负电源。
图腾柱电路工作原理分析
1）首先要确定的是你需要多少的驱动能力？要驱动的负载（一般可认为是功率管）有多少？以MOSFET为例，驱动其实就是对MOS的门级电容的充放电，这就要考虑你有几个MOS并联，门级电容有多大？MOS的Rg有多大，加上驱动回路寄生电感等，其实就是一个LRC串联回路。
2）驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt，MOS的门级电容先确定，再来考虑你准备要几V的门级电压，然后就是这个电压建立和消除的时间，也就牵涉到MOS的开通关断速度，这会直接影响到功率管的损耗及其它问题，如应力等。这几个想好了，所要的驱动电流也就出来了。
3）得到这个所要的驱动电流，再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等，也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流（注意这是个脉冲电流）。
4）这个时候再考虑的就是你PCB板layout的空间，位置，准备为这个电路花多少钱选器件，用MOS还是BJT，综合考虑，然后就想办法选器件吧，当然还要考虑IC的输出信号和你选的图腾柱器件（MOS或BJT）之间也是个回路，这会不会有问题？
5）另外要考虑的是，这个图腾柱能不能彻底关掉，这就又要考虑N在上还是P在上，正开还是负开，比如选用PMOS做关断，关断时图腾柱输出会仍有一个等于Vgs电压的电压加在你的负载MOS上，如果这个电压高于你的负载MOS门槛的话，—-这就意味着你没关掉，虽然你前面关掉了。更痛苦的是，前面和后面的MOS门槛电压tolerance都会非常大，再考虑到温度系数。
6）还要重点考虑的是图腾柱的器件也是要损耗功率的，所以要考虑它的温度及功耗会不会有问题。
总之，具体用时要考虑的问题还真不少，单挑一个出来都非常简单，但加到一块，还真要花点时间研究计算一下。因为是做产品，所有的规格参数，寄生参数，tolerance，温度，cost，PCB空间等等等等，前前后后的一堆问题都得面对，不象写paper或仿真，抓住一点，其它都可考虑为理想状态，这样当然很快可以推出理想的结果。
图腾柱电路应用需注意的问题
1、驱动MOS管或IGBT管，某些管子可能需要比较大的驱动电流或者灌电流，这时候就需要用到图腾柱电路，图腾柱的基本电路如图所示。
2、在实际使用中，如果我们就按照图中所示的电路的话，往往会因为走线电感与管子的结电容引起谐振而带来问题。这时候我们可以增加电路图中的R1与D1加速放电，避免引起共振。
3、如果我们的设备整个抗干扰能力较弱的话，我们会发现，图腾柱电路很容易受到干扰而产生有误动作。
4、为了提升图腾柱的抗干扰能力，我们可以将电路改为下图所示。
5、如果还存在问题，可以增加图中所示电容，就能完美解决图腾柱容易受到干扰等问题。
关于图腾柱驱动的点点滴滴！
2017-05-10
好日孑 来源 阅 1645 转 11
|
 为什么取名图腾柱？ 
由于此结构画出的电路图有点儿像印第安人的图腾柱，所以叫图腾柱式输出（也叫图腾式输出）。输出极采用一个上电阻接一个NPN型晶体管的集电极，这个管子的发射极接下面管子的集电极同时输出；下管的发射极接地。两管的基极分别接前级的控制。就是上下两个输出管，从直流角度看是串联，两管联接处为输出端。上管导通下管截止输出高电平，下管导通上管截止输出低电平，如果电路逻辑可以上下两管均截止则输出为高阻态。在开关电源中，类似的电路常称为“半桥”。
一种比较有意思的解释：
图腾大多是出于部落中对生殖器官及其能力的崇拜，因为古时人类的寿命很短，生存困难，所以对能增加生存能力的生殖力很看重，说到男性身上就是这个人的那个能力很强，部落里的人就会很佩服他。图腾柱驱动在电路上也具备了同样的能力：向上向下的推动和下拉力量很强，速度很快，而且只要有电就不知疲倦。
图腾柱驱动的作用与原理
图腾柱驱动的作用：
图腾柱型驱动电路的作用在于：提升电流驱动能力，迅速完成对于门极电荷的充电或者放电的过程。
什么情况下用到图腾柱驱动？
某些管子可能需要比较大的驱动电流或者灌电流，这时候就需要用到图腾柱电路。
分析一下图腾柱提升驱动的原理
器件作用说明：
Qn：N BJT
Qp：P BJT
Qmos：待驱动NMOS
Rb：基极电阻
Cb：加速电容
Rc：集电极电阻
Rg：驱动电阻
原理分析:
左边一个输入驱动信号Drv_b（驱动能力很弱）通过一个图腾柱输出电路，从三极管的发射极公共端出来得到驱动能力（带载能力）大大增强的信号Drv_g；从能量的角度来讲，弱能量信号Drv_b通过Qn和Qp的作用，从Vcc取电（获取能量），从而变成了携带高能量的Drv_g信号；在这个能量传递的过程中，Qn和Qp分别交替工作在截至和饱和状态；
具体工作过程（逻辑分析）如下：
这里以方波为例，1代表高电平，0代表零电平，-1代表负电平；Vb表示Qn和Qp的公共基极电压，Vqn_c表示Qn管子的集电极电压，Vqn_be表示Qn管子基极-发射极电压，Vqp_be表示Qp基极-发射极电压
当输入驱动信号Drv_b=1则Vb=1，Vqn_be=1，由于：Qn两端有一个Vcc电压，即Vqn_ce=1，所以，Qn管饱和导通，Qn管电流主要由集电极流向发射极，Drv_g=1，这时MOS管结电容迅速充电； （Qn管饱和导通，能量由Vcc提供驱动能力大大增强）
当输入电压为低电平Drv_b=0则Vb=0，Vqp_be=-1，由于MOS管上的结电容存在电压，即Vqp_ec=1，所以，Qp管饱和导通，Qp管电流主要由发射极流向集电极，Drv_g=0;这时MOS管结电容迅速放电；（Qp管饱和导通，MOS管放电速度加快）
实际分析一个图腾柱驱动电路的驱动能力
电路描述
图腾柱放大电路由两个三极管Q2和Q3构成，上管是NPN型三极管，下管是PNP型三极管；NPN型三极管的集电极接变压器辅助绕组供电输出端，与R7相连，与芯片共用同一VCC，供电电压为20V，该电路从直流角度看是串联的，两对管共射联接处为输出端，本电路结构类似于乙类推挽功率放大器OCL。
理论分析
GATE输出的方波信号正负两个半周（高-低电平）分别由推挽输出级Q2、Q3的两“臂”轮流运算放大，每一“臂”的导电时间为脉冲的半个周期，此处方波脉冲的工作频率为25-50KHz（该频率根据负载的不同而变化）。电路工作的逻辑过程是，高电平输入，上管导通下管截止，输出高电平；低电平输入，下管导通上管截止，输出低电平；当电路逻辑的上下两管均截止时，则输出为高阻态。在开关电源电路中，类似的电路常称为“半桥”。图腾柱简化及等效电路图如下
理论计算如下：
A、工作状态分析
静态：Vi=Vo→→Q2、Q3均不工作，Vo=0V
动态：Vi=H(高电平)→→Q2导通、Q3截止；Vi=L(低电平) Q3导通、Q2截止；两只三极管分别在半个周期内工作，该电路的工作原理类似于乙类推挽功放。
由等效电路可知：驱动电流Io=C×（Vgs÷Dt）=(Vcc-Vgs)÷R，由此推出如下关系式：
Vcc=Vgs*(1+RC/Dt)
∵て=RC<dt,>
∴Vcc≈Vgs
由此看出，从直流电压的角度来考虑，只要Vcc电压正常，并大于MOSFET的门电压，足以使MOSFET永远工作在开/关状态，本电路VCC电压设计值为20V。
B、电流放大倍数
在上述电路中： R8为图腾电路的输入电阻，R8取值为100Ω；R4为图腾电路的输出电阻取值为10Ω。为了便于理解和推广，避开繁琐的数学计算，在正常工作状态下，直接测量图腾电路的输入电阻R8和输出电阻R4两端的峰值电压，通过测量的峰值电压来初略计算电路的输入和输出端的峰值电流，以此验证引入电路的实际效果。
①、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=100Ω（设计值）
∴ Iip=Vip÷R8=3÷100=30mA；
②、测试R4的电压波形计算图腾电路的输出峰值电流，计算过程如下：
测量结果：
∵Vop=9.6V,R=10Ω（设计值）
∴ Iop=Vop÷R4=9.6÷10=960mA。
由此可见，图腾逻辑电路的输出峰值电流Iop是输入峰值电流Iip的32倍。
|
