在上一篇文章 动力电池系统介绍（八)，简单的提了一下继电器的驱动电路，所以接下来就展开说一说驱动电路。
一、梗概
在电源或者硬件设计中，无论是三极管还是MOS管，一般都需要驱动电路进行驱动。驱动电路的主要作用有：
-
提供足够的驱动能力
打个比方，一个单片机的高电平信号为5V，而5V是没办法直接驱动12V或者24V的继电器正常工作的。通常这时候就需要引入驱动电路，使5V也能够控制末端继电器的开断。 -
保证开关管良好的开关状态
在一个电路中，开关管不能太快或者太慢，太快会对电磁造成很大的干扰，太慢开关损耗太大。 -
保证器件的可靠性，避免过压和过流
由于开关寄生参数的存在，在导通或者关断是，往往产生很大的电压电流尖峰，这会对电路的性能和器件的可靠性有影响。
二、驱动方式
以控制信号类别分类，驱动方式可以分为电流驱动和电压驱动。
2.1 电流驱动
电流驱动实际上是通过控制三极管导通来控制信号的通断。
2.1.1 三极管的导通特性
学过《模电》的应该都知道，只要三极管的基极与发射级的压差大于导通电压即可控制三极管的导通。
| 材料/种类 | 导通电压 |
|---|---|
| 硅管NPN | 基极大于发射级0.7V（实际上0.5V左右就导通了） |
| 硅管PNP | 发射级大于基极0.7V |
| 锗管NPN | 基极大于发射级0.3V |
| 锗管PNP | 发射级大于基极0.3V |
2.1.2 三极管的驱动电路
三极管驱动继电器电路（图片来源网络）：
在NPN晶体管电路中，R1起限流作用、R2起下拉作用。因为在电路关断之后，三极管be端电压缓慢下降，可能会处于较长时间的放大状态，会损坏三极管。因此需要下拉电阻R2，使得关断时积极电压迅速拉低，提高三极管的关断速度。
当输出为0V时，三极管截止，继电器线圈无电流流过，为OFF状态；
当输出为+Vcc时，三极管饱和，继电器线圈流过一定的电流，继电器吸合，为ON状态；
当输入电压又+Vcc变为0时，，三极管由饱和变为截止。由于继电器线圈相当于一个电感，由于电感的特性是通直流、阻交流，在断开瞬间，线圈两端会产生较大的反向电动势，电压值可达一百多伏，这个电压加上电源电压作用在三极管的集电极上足以损坏三极管。所以需要并联一个续流二极管，为自感电势提供泄放通路。（续流需要选择肖特基二极管，有利于快速泄放电势）
2.2 电压驱动
电压驱动实际上是通过控制MOS管导通来控制信号的通断。
MOS管也叫场效应管，英文全称MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)）。
MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。（图片来源于网络）
2.2.1 MOS管的导通特性
- 图1是N管常用的电路接法。N管S端接地，D端接负载。当G端信号大于Vgnd+Vgs的时候，MOS管开启，当信号电压小于Vgnd+Vgs时关闭。R1电阻为下拉电阻。
- 图2是P管常用的电路接法。P管S端接Vcc，D端接负载。则当G端信号电压小于Vcc-Vgs的时候，MOS开启
，当信号电压大于Vcc-Vgs时关闭。（图片来源于网络）
| 名称 | 导通特性 |
|---|---|
| NMOS | Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低边驱动） |
| PMOS | Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高边驱动） |
对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。虽然PMOS可以很方便地用作高边驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高边驱动中，通常还是使用NMOS。
2.2.2 MOS管的导通电压
| 场景 | 电压 |
|---|---|
| 正常驱动 | 10-15，不要超过20V |
| 开启 | 4-5V |
| 关断的阈值电压 | 最好有-5到-10V，或者保持低阻 |
在12V汽车电子系统里，一般栅极电压达到4V就够用了。
2.2.3 MOS管的驱动电路
下面是一个高边驱动电路，R为线圈的等效电阻，L为线圈等效电感；当NMOS导通后，线圈中的电流以指数规律增长，直至电流达到Vbat/R。
而当NMOS从导通状态断开，在断开瞬间，因为电感的电流不能突变，根据法拉第电磁感应定律，线圈上会产生一个反向的感应电动势，以抵抗电流的减小，它会叠加在MOS管的DS两端，如果超出其最大可承受电压，就会损坏MOS管。所以我们需要在输出端增加钳位电路（如下图中的TVS管），保护MOS管。
同理，低边驱动电路情况与此类似。
2.2.4 MOS管的钳位保护电路
在开关导通或关断瞬间，无论高边还是低边，都会有一个很大的感应电动势，会在MOS的DS两端叠加成浪涌电压，所以就需要一个钳位保护电路，限制DS两端电压超过其最大可承受值。
钳位保护电路有以下三种，用二极管和TVS管来实现对MOS管的保护（R为线圈的等效电阻）。
图a中，用一个二极管并联在电感两端，为感生电流提供一个泄放的通路（经常被叫做续流二极管），通过二极管的导通压降把MOS管两端的电压钳位住；它的缺点是放电的速度慢，因为二极管的导通压降很小。这个用法大家应该比较熟悉，开关电源里面经常看到。
图b中，用一个TVS管并联到MOS的DS两端，限制其两端电压，而且可以很快放电，但缺点是TVS管要承受来自于电源的浪涌电压，如7637中的几个波形。
图c中，用一个二极管和TVS管串联后，再并联到电感的两端，二极管用来防止驱动电路正常工作时从此导通，TVS用来钳位，也可以很快放电，所以这种保护电路应用比较广泛。
注：2.2.3与2.2.4内容摘自微信公众号“新能源BMS”。
以开关位置分类，驱动方式可以分为低边驱动（LSD）和高边驱动（HSD）。
2.3 高低边驱动
| 低边驱动 | 高边驱动 |
|---|---|
| 负载通过开关接地的驱动方式 | 负载通过开关接电源的驱动方式 |
| 电路比较简单（一般由MOS管加几个电阻、电容） | 电路比较复杂（一般需要增加升压电路） |
高边驱动比低边驱动电路复杂，一个原因是它经常使用NMOS作为功率元件，但NMOS需要通过将栅极电压升高到漏极电压以上而导通，因此需要增加升压电路将栅极电压提升到足够的水平，增加了驱动电路的复杂度。
升压电路中，通常用一个电容和一个二极管。电容储存电压，二极管防止电流倒灌。自举电路的电压就电容放电和电源电压叠加，从而使电压升高。
升压电路设计在实际应用中比较复杂，因为对这方面了解还不是很深，所以就不展开讲了。
2.3.1 驱动方式选择
选择高边驱动还是低边驱动需要根据它们对故障情况的响应来决定。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-620814.html
| 短地 | 短电源 |
|---|---|
| 低边驱动负载一直工作、高边驱动负载停止工作 | 高边驱动负载一直工作、低边驱动负载停止工作 |
在汽车中，由于接地的金属板无处不在，因此短地故障比短电源故障更容易发生。选择哪种类型的驱动方式，需要结合实际应用情况。
一般来说，低边驱动方式通常用于与动力总成相关的负载，例如电机、加热器；因为即使短地了也能继续控制车辆的动力总成。
高边驱动方式经常用于燃油泵和车身相关功能，如座椅、照明、雨刷和风扇灯；当发生短地故障时将关掉这些负载。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-620814.html
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