為什么叫圖騰柱？圖騰柱驅(qū)動的作用與原理?

01為什么取名圖騰柱？

由于此結(jié)構(gòu)畫出的電路圖有點兒像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出（也叫圖騰式輸出）。輸出極采用一個上電阻接一個NPN型晶體管的集電極，這個管子的發(fā)射極接下面管子的集電極同時輸出；下管的發(fā)射極接地。兩管的基極分別接前級的控制。就是上下兩個輸出管，從直流角度看是串聯(lián)，兩管聯(lián)接處為輸出端。上管導(dǎo)通下管截止輸出高電平，下管導(dǎo)通上管截止輸出低電平，如果電路邏輯可以上下兩管均截止則輸出為高阻態(tài)。在開關(guān)電源中，類似的電路常稱為“半橋”。

一種比較有意思的解釋：

圖騰大多是出于部落中對生殖器官及其能力的崇拜，因為古時人類的壽命很短，生存困難，所以對能增加生存能力的生殖力很看重，說到男性身上就是這個人的那個能力很強，部落里的人就會很佩服他。圖騰柱驅(qū)動在電路上也具備了同樣的能力：向上向下的推動和下拉力量很強，速度很快，而且只要有電就不知疲倦。

02圖騰柱驅(qū)動的作用與原理

圖騰柱驅(qū)動的作用：

圖騰柱型驅(qū)動電路的作用在于：提升電流驅(qū)動能力，迅速完成對于門極電荷的充電或者放電的過程。

什么情況下用到圖騰柱驅(qū)動？

某些管子可能需要比較大的驅(qū)動電流或者灌電流，這時候就需要用到圖騰柱電路。

分析一下圖騰柱提升驅(qū)動的原理

器件作用說明：

Qn：N BJT

Qp：P BJT

Qmos：待驅(qū)動NMOS

Rb：基極電阻

Cb：加速電容

Rc：集電極電阻

Rg：驅(qū)動電阻

原理分析:

左邊一個輸入驅(qū)動信號Drv_b（驅(qū)動能力很弱）通過一個圖騰柱輸出電路，從三極管的發(fā)射極公共端出來得到驅(qū)動能力（帶載能力）大大增強的信號Drv_g；從能量的角度來講，弱能量信號Drv_b通過Qn和Qp的作用，從Vcc取電（獲取能量），從而變成了攜帶高能量的Drv_g信號；在這個能量傳遞的過程中，Qn和Qp分別交替工作在截至和飽和狀態(tài)；

具體工作過程（邏輯分析）如下：

這里以方波為例，1代表高電平，0代表零電平，-1代表負電平；Vb表示Qn和Qp的公共基極電壓，Vqn_c表示Qn管子的集電極電壓，Vqn_be表示Qn管子基極-發(fā)射極電壓，Vqp_be表示Qp基極-發(fā)射極電壓

當輸入驅(qū)動信號Drv_b=1則Vb=1，Vqn_be=1，由于：Qn兩端有一個Vcc電壓，即Vqn_ce=1，所以，Qn管飽和導(dǎo)通，Qn管電流主要由集電極流向發(fā)射極，Drv_g=1，這時MOS管結(jié)電容迅速充電；（Qn管飽和導(dǎo)通，能量由Vcc提供驅(qū)動能力大大增強）

當輸入電壓為低電平Drv_b=0則Vb=0，Vqp_be=-1，由于MOS管上的結(jié)電容存在電壓，即Vqp_ec=1，所以，Qp管飽和導(dǎo)通，Qp管電流主要由發(fā)射極流向集電極，Drv_g=0;這時MOS管結(jié)電容迅速放電；（Qp管飽和導(dǎo)通，MOS管放電速度加快）

實際分析一個圖騰柱驅(qū)動電路的驅(qū)動能力

電路描述

圖騰柱放大電路由兩個三極管Q2和Q3構(gòu)成，上管是NPN型三極管，下管是PNP型三極管；NPN型三極管的集電極接變壓器輔助繞組供電輸出端，與R7相連，與芯片共用同一VCC，供電電壓為20V，該電路從直流角度看是串聯(lián)的，兩對管共射聯(lián)接處為輸出端，本電路結(jié)構(gòu)類似于乙類推挽功率放大器OCL。

理論分析

GATE輸出的方波信號正負兩個半周（高-低電平）分別由推挽輸出級Q2、Q3的兩“臂”輪流運算放大，每一“臂”的導(dǎo)電時間為脈沖的半個周期，此處方波脈沖的工作頻率為25-50KHz（該頻率根據(jù)負載的不同而變化）。電路工作的邏輯過程是，高電平輸入，上管導(dǎo)通下管截止，輸出高電平；低電平輸入，下管導(dǎo)通上管截止，輸出低電平；當電路邏輯的上下兩管均截止時，則輸出為高阻態(tài)。在開關(guān)電源電路中，類似的電路常稱為“半橋”。圖騰柱簡化及等效電路圖如下

理論計算如下：

A、工作狀態(tài)分析

靜態(tài)：Vi=Vo→→Q2、Q3均不工作，Vo=0V

動態(tài)：Vi=H(高電平)→→Q2導(dǎo)通、Q3截止；Vi=L(低電平) Q3導(dǎo)通、Q2截止；兩只三極管分別在半個周期內(nèi)工作，該電路的工作原理類似于乙類推挽功放。

由等效電路可知：驅(qū)動電流Io=C×（Vgs÷Dt）=(Vcc-Vgs)÷R，由此推出如下關(guān)系式：

Vcc=Vgs*(1+RC/Dt)

∵て=RC<

∴Vcc≈Vgs

由此看出，從直流電壓的角度來考慮，只要Vcc電壓正常，并大于MOSFET的門電壓，足以使MOSFET永遠工作在開/關(guān)狀態(tài)，本電路VCC電壓設(shè)計值為20V。

B、電流放大倍數(shù)

在上述電路中：R8為圖騰電路的輸入電阻，R8取值為100Ω；R4為圖騰電路的輸出電阻取值為10Ω。為了便于理解和推廣，避開繁瑣的數(shù)學計算，在正常工作狀態(tài)下，直接測量圖騰電路的輸入電阻R8和輸出電阻R4兩端的峰值電壓，通過測量的峰值電壓來初略計算電路的輸入和輸出端的峰值電流，以此驗證引入電路的實際效果。

①、測試R8的電壓波形計算圖騰電路的輸入峰值電流，計算過程如下：

測量結(jié)果：

∵Vip=3.0V,R=100Ω（設(shè)計值）

∴ Iip=Vip÷R8=3÷100=30mA；

②、測試R4的電壓波形計算圖騰電路的輸出峰值電流，計算過程如下：

測量結(jié)果：

∵Vop=9.6V,R=10Ω（設(shè)計值）

∴ Iop=Vop÷R4=9.6÷10=960mA。

由此可見，圖騰邏輯電路的輸出峰值電流Iop是輸入峰值電流Iip的32倍。

審核編輯：湯梓紅