 MOSFET代表金属氧化物半导体场效应晶体管。实际上，如果我们谈论的是开关电路，它比BJT更容易。如今，MOSFET在电路设计中非常流行。例如在汽车、电源和通用电子中用作低边和高边驱动。它是一个电压控制元件，因此很容易偏置成为开关。设计MOSFET开关有两种选择。一种是低边驱动，另一种是高边驱动。在前者中，当MOSFET饱和时，它将提供通往电路接地的路径。对于后者，当MOSFET饱和时，它将提供通往电路电源的路径。 在本文中，我将使用继电器作为负载，因为它具有电感特性，可能会对设计构成挑战。因此，该电路也称为继电器驱动。 根据定义，继电器驱动是一种电路，旨在为继电器线圈通电以改变触点状态。如果我们回想一下，继电器有两种触点状态;打开和关闭。在常开触点中，当线圈未通电时，触点将保持断开状态。线圈可以由BJT或MOSFET驱动，但在本主题中我们将讨论后者;MOSFET继电器驱动。 一些设计工程师更喜欢将驱动电路放置在继电器线圈的下侧。这称为低边驱动。就术语本身而言，驱动电路将是提供继电器线圈接地路径的电路。 驱动方法不仅限于低边驱动。也可以进行高边驱动。我们将讨论低边和高边驱动的优缺点。 1.设计MOSFET开关电路结构 1.1.低边驱动 如上所述，设计MOSFET开关有两种方法;低边或高边。低边驱动配置的通用电路如图1所示。驱动装置S1位于继电器线圈的下侧。因此，当它被V2偏置时，它将提供一个接地路径。绿色封装的元件是继电器，电感为10μH的左侧是线圈，右侧是触点。 S1应在饱和区域运行。因此，继电器线圈两端的电压足够高，可以满足继电器的吸合或吸合电压要求。顺便说一句，吸合电压是启动期间线圈上的继电器电压要求。通常，对于额定电压为12V的继电器，在标称工作温度下，吸合电压为9V。吸合电压会随工作温度而变化，因此最好在实际设计中考虑它。 现在，我有一个问题要问您，如果没有与继电器线圈串联的限流电阻，继电器是否会损坏，因为它连接在电源电压上？答案是否定的。继电器线圈已经具有内置内阻。这个线圈电阻将是控制电流的电阻。只要电源不超过继电器额定电压，即使直接连接到电源，继电器也不会损坏。  图1 在图1中，电阻R2的作用只是确保S1的可靠关断条件，以防V2无法提供逻辑低电平信号。 将驱动件置于低边的优点是，它可以像微控制器输出一样用小电压电平进行控制。MCU（微控制器单元的简称）现在可以输出5V，这足以将MOSFET设置为饱和。 顺便说一句，默认情况下，如果我们说低边驱动或高边驱动，则应将图1中电路中的S1等驱动至饱和状态。如前所述，继电器线圈具有启动操作所需的吸合电压。现在，如果驱动设备不会饱和，则可能无法满足此要求。 将S1设置为饱和的另一个原因是，在饱和时，MOSFET的漏源导通状态电阻很低，因此压降也很低，功率耗散也很低。出于可靠性原因和电源应用的效率要求，需要较低的功率耗散。 总结一下，图1中的MOSFET可以使用具有5V输出的MCU进行控制，并且将其发送到饱和不是问题，因为有效栅源电压刚好等于V2的电平。（为了将MOSFET驱动至饱和状态，必须满足栅极阈值电压和裕量。 对于图1所示的NMOS，要使其导通，施加的栅极-源极电压必须高于要求。对于NMOS，栅极-源极电压有一个正号，从图1来看，这是正确的，因为施加的栅极电压为5V，而源电压为0V，因为它连接到电路接地，因此VGS=5V-0V=5V。 1.2.使用NMOS进行高边驱动 设计MOSFET开关的另一种方法是通过高边驱动。可以使用两种技术实现高边驱动;一种是使用NMOS，另一种是使用PMOS。  图2 图2显示了NMOS高边驱动电路的典型电路。同样，驱动电路的目标是为继电器线圈通电以闭合其触点并为电机负载供电。MOSFETS1应驱动至饱和状态，以便继电器线圈两端的电压足以满足所需的吸合电压。 这种配置的第一个缺点是栅极需要高于V1电平的电压。因此，MCU输出不再适用于此电路。让我们进一步分析一下是怎么来的。 如上所述，要使NMOS导通，栅源电压必须高于指定的阈值电压加上裕量。在这种情况下，当MOSFET饱和时，源极电平也等于V1。现在，当V2的值低于10V时;假设上一节为5V，由于VGS=5V-10V=-5V、MOSFET不会导通。 请记住，对于NMOS，VGS必须为正数。现在，您需要另一个高于V1的电源，以便将MOSFET驱动至饱和并成功打开继电器。如果您的应用是汽车，则汽车电池的标称电压约为13.5V，您从哪里获得高于此电压的电源。 在典型应用中，我们希望使用MCU或DSP驱动MOSFET的栅极，而使用这种配置是不可能的。 1.3.使用PMOS进行高边驱动 设计MOSFET开关的另一种方法是使用PMOS，特别是用于高边驱动。到目前为止，我们讨论的两种配置都使用NMOS。在本节中，我们将介绍PMOS。对于NMOS，栅极源极电压为正，但对于PMOS，栅极源极电压为负。如果您看到数据表，则VGS阈值为负。源极的门限越负，元件在饱和状态下的运行就越多。图3显示了使用PMOS的高边驱动的可能电路。 同样，MOSFET应在饱和状态下工作，以便轻松满足继电器的吸合电压要求。现在我们来分析一下这个电路是如何工作的。要使S1导通，其栅极必须低于源极。因此，栅极必须为零，以便VGS为负12（VGS=0V-12V=-12V）。由于我们需要将栅极拉低以使S1导通，因此我们可以使用MCU，因为它可以给出逻辑零。现在最大的问题是如何关闭MOSFET。 由于这是PMOS，因此必须将栅极设置为等于源电压才能将其关闭（VGS=0V）。但是，您使用MCU来控制栅极，而MCU可以提供的最大逻辑高电平仅为5V。源电压为12V，栅极电压为5V，它将得到-7V的VGS。-7V的VGS足以保持MOSFET导通，因为VGS的范围为1.5-4.5V，具体取决于元件。  图3 如果V2取自MCU输出，则S1无法关闭。如果我将MCU输出配置为集电极开路或漏极开路、该怎么办？是的，您可以关闭MOSFET，因为此时VGS为零，因为栅极被电阻R2拉高。但是，在栅极中看到的电压也是12V，MCU引脚会经历这个水平，这已经是一个破坏性水平。 为了改进电路，可以添加另一个低边驱动来从MCU输出驱动MOSFET的栅极，这将使电路有点复杂，并增加BOM成本。 综上所述，对于简单的MOSFET继电器驱动电路，图1是最好的选择。它比其他两种配置相对简单且更灵活。然而，在某些特定的应用中，图2和图3电路是可以使用或改进版本的。但是，本文将不再讨论它。 根据三种电路配置的比较，使用第一个电路是明智之举。图4只是第一个电路的副本。  图4–低边继电器驱动电路。 当继电器触点闭合时，前雨刮电机开始工作。V1和V3为12V，公差为+/-3%，而V2来自MCU输出，可提供0.3V的最大逻辑低电平和的5V+/-3%高电平。该设计将暴露在-40至120℃的环境温度下。 现在，我们将开始我们的目标，即设计MOSFET开关。我们将使用图4中的电路作为参考。
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