為什么PWM驅動(dòng)芯片用圖騰柱電路？

推挽電路的應用非常廣泛，比如單片機的推挽模式輸出，PWM控制器輸出，橋式驅動(dòng)電路等。推挽的英文單詞：Push-Pull，顧名思義就是推-拉的意思。所以推挽電路又叫推拉式電路。

圖1：鋸木頭

?推挽電路有很多種，根據用法的不同有所差異，但其本質(zhì)都是功率放大，增大輸入信號的驅動(dòng)能力，且具有兩個(gè)特點(diǎn)：

①很強的灌電流，即向負載注入大電流；

②很強的拉電流，即從負載抽取大電流。

相關(guān)文章:動(dòng)畫(huà)演示什么是拉電流、灌電流。

圖2

?如圖3由NPN+PNP三極管組成的推挽電路，這就是我們常用的互補推挽電路。特點(diǎn)是輸出阻抗很小，驅動(dòng)能力很強。相關(guān)文章:STM32的GPIO電路原理。

圖3：互補推挽電路

?如圖4，輸入信號由低電平跳變到高電平，上管導通。

圖4：上管導通

?如圖5，輸入信號由高電平跳變到低電平，下管導通。

圖5：下管導通

?如圖6，NPN+PNP構成的互補推挽電路是共射極輸出，在任意時(shí)刻，有且只有其中一個(gè)管子導通有輸出。

圖6：共射極輸出

?有朋友覺(jué)得三極管不都是集電極（C）作為輸出嗎？怎么畫(huà)風(fēng)變了。按常規思路應該是如圖7所示的電路圖；如果單獨輸入是0V或12V，那么該電路看似沒(méi)有毛病，但是輸入信號是變化的，電壓信號高低電平的跳變有過(guò)渡的過(guò)程，所以在某個(gè)中間電壓時(shí)會(huì )出現兩個(gè)管子同時(shí)導通的情況，這是要炸管的，切記！

圖7：錯誤的推挽電路

?如圖8為推挽驅動(dòng)MOS管的電機調速電路，MOS管的G極灌電流及拉電流都很大，于是MOS管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間都非常短，平臺電壓也非常窄，可有效降低開(kāi)關(guān)損耗。

圖8：電機調速電路

?當然，如圖9把三極管替換成MOS管也是完全可以的，驅動(dòng)能力會(huì )更強勁。

圖9：MOS管結構的互補推挽

以上互補推挽電路的輸入信號幅值必須和推挽供電電壓一致，比如推挽供電電壓為12V，那么輸入的PWM信號的幅值也必須是12V。如果輸入低于12V，輸出也也會(huì )低于12V，參考圖6所示，那么在管子上形成的壓降會(huì )導致管子發(fā)熱嚴重。

?那么有沒(méi)有小電壓驅動(dòng)大電壓的推挽結構呢，當然有，在很多驅動(dòng)芯片里非常常見(jiàn)，我們管TA叫圖騰柱；如圖10所示。

圖10

如圖11的紅框內，圖騰柱由NPN+NPN構成，上管前級有個(gè)非門(mén)。（實(shí)際上，芯片框圖對有些功能只以模塊化展示，涉及的細節屬于絕密是不可能呈現出來(lái)的）

?為什么芯片采用圖騰柱而不是互補推挽呢？原因是芯片內部的工作電壓為5V（VCC經(jīng)過(guò)芯片內部的線(xiàn)性電源得到5V），由前面對互補推挽的分析得知該結構并不適用于小電壓驅動(dòng)大電壓；于是圖騰柱結構的推挽孕育而生。

圖11：圖騰柱

?如圖12為圖騰柱仿真電路，信號源為5V/1k的方波，二極管D1的作用是防止Q3、Q4同時(shí)導通而導致炸管。

圖12：圖騰柱仿真電路

?如圖13為圖騰柱仿真波形，輸出與輸入相位相反，黃色表示Ui輸入波形，藍色表示Uo輸出波形，實(shí)現了小電壓驅動(dòng)大電壓的推挽輸出。

圖13：圖騰柱仿真波形

?如圖14為互補推挽仿真電路，信號源為12V/1k的方波。

圖14：互補推挽仿真電路

?如圖15為互補推挽仿真波形，輸出與輸入相位一致，黃色表示Ui輸入波形，藍色表示Uo輸出波形。

圖15：互補推挽仿真波形

?然而，我們常用的運放也是推挽輸出，運放的一個(gè)特性就是輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，輸出如圖16紅框所示，輸出阻抗不到200Ω。

圖16：運放的推挽輸出

?如圖17，運放輸出端與反相輸入端直接相連就構成了常用的跟隨器，輸出電壓等于輸入電壓，驅動(dòng)能力大大增強。

圖17：跟隨器

?要點(diǎn)：

①圖騰柱是NPN+NPN結構，互補推挽是NPN+PNP結構；

②圖騰柱有非線(xiàn)性特征，只能用于PWM輸出，而互補推挽有線(xiàn)性特征，除了用于PWM輸出外，還可用于模擬信號輸出；

③圖騰柱多見(jiàn)于PWM芯片驅動(dòng)，用于直接驅動(dòng)功率MOS管；互補推挽多見(jiàn)于搭建的電路以及MCU（單片機）、運放等芯片；

④PWM控制時(shí)，圖騰柱輸入電壓可小于驅動(dòng)電壓，而互補推挽必須是輸入電壓與驅動(dòng)電壓相等。

關(guān)于圖騰柱和互補推挽，很多時(shí)候都被認定是同一個(gè)電路（且存在爭議），其實(shí)不然，正確認識以及了解它們的區別后，相信讀者對它們有個(gè)全新的認識。