N沟道功率MOSFET驱动器MIC5014

MIC5014是专为N沟道功率MOSFET设计的驱动器，主要用于高端驱动（功率MOSFET在负载之上），在低电压工作时，也适用于低端驱动（功率MOSFET在负载之下）。

该器件主要特点为：用TTL兼容电平来控制驱动器（高于2V为高电平，低于0.8V为低电平）；与驱动的负载用同一电源，电源电压范围宽（2.75～30V）；电源电压超过35V时内部有过压保护电路；低功耗，在5V电源电压时最大工作电流为100μA，在关断状态时耗电典型值为15μA；可耐瞬态过压达60V；电池反接保护（可达-20V）；对外接的N沟道功率MOSFET的V\(_{GS}\)有保护，使VGS>15V（最大为17V）；有8管脚DIP封装及贴片式SO封装；工作温度范围为-40℃～+85℃。

该器件主要用于汽车电气负载控制、电池供电的计算机电源系统管理、灯控制、加热器控制、直流电机控制及电源总线控制等。

MIC5014的管脚排列见图1，各管脚功能见附表。

MIC5014的内部结构框图如图2所示。它由反相器、或非门、可控输出升压或电荷泵电路、电压比较器、15V稳压二极管、P沟道MOSFET及两个N沟道MOSFET（N1及N2）等组成。

1.可控输出升压式电荷泵电路

可控输出升压式电荷泵电路如图3所示（图中略去了图2中的无关元器件，并同时画出了外接N沟道MOSFET及负载R\(_{L}\)）。该电路在V+（V\(_{CC}\)）<10V时，电荷泵电路输出电压与V+成正比，在2.75V<V+<10V时，使外接功率MOSFET的V\(_{GS}\)大于4V而小于15V。比较器的同相端电压小于反相端电压，比较器输出低电平，或非门输出高电平。此高电平使电荷泵电路的输出电压与V+成比例，如图4所示。若V+（V\(_{CC}\)）>10V时，电荷泵电路输出大于25V，比较器的同相端电压大于反相端电压，比较器输出高电平，或非门输出低电平（如图5所示）。此低电平控制电荷泵电路，使电荷泵电路输出电压钳位于V\(_{CC}\)+15V，即V\(_{GS}\)=15V。由于稳压二极管及电荷泵电路中的元器件有一定的允差，使V\(_{GS}\)的最小值为13V、最大值为17V（即V\(_{GS}\)的允差为±2V。另外，由于电荷泵电路内阻较大，V\(_{GS}\)的测量要用高输入阻抗的电压表）。

2.外接N沟道MOSFET导通

外接N沟道MOSFET导通如图6所示，在2脚施加高电平（>2V），则反相器输出低电平。此低电平使P管的栅极为低电平，P管导通（P管的源极接电荷泵输出端），但这低电平使N1及N2都关断。这样图6就可简化到图3或图5的样子（略去P管极小的管压降V\(_{DS}\)）。V\(_{GS}\)大于4V、小于17V，外接N沟道MOSFET导通。

3.外接N沟道MOSFET截止

外接N沟道MOSFET截止如图7所示，在2脚施加低电平（<0.8V），则反相器输出高电平。此高电平并不能使P管关断（因为电荷泵电路输出电压大于V\(_{CC}\)+4V），但此高电平使N1、 N2导通。N1导通时，使P管的漏极电压钳位于0.7V左右（略去N1的管压降V\(_{DS}\)），而N2导通时使外接N沟道功率MOSFET的栅极G及源极S等电位，即V\(_{GS}\)=0V，外接N沟道功率MOSFET关断。

MIC5014的极限参数：V+从-20V到60V；2脚（Input）的电压从-20V到V+；3脚（Source）的电压从-20V到V+；5脚（Gate）的电压从-20V到50V。

MIC5014的工作电压（V+）从2.75V到30V。电荷泵电路在8.0V≤V+≤30V时，使5脚与3脚之间被钳位的电压典型值为15V，最小值为13V，最大值为17V。5脚（Gate）导通时间与V+电压有关，在V+=4.5V时典型值为2.5ms，V+=12V时典型值为90μs。5脚（Gate）关断时间（从2脚施加低电平到5脚电压降到1V）的典型值为6μs。

1.由3.3V的μC来控制

用3.3V工作电压的微控制器（μC）来控制的电路如图8所示。MIC5014的2脚与μC的I/O口连接。当I/O口给出高电平时，外接的N管导通，负载电路得电工作。I/O口输出的电流小于2μA，外接的N管的V\(_{GS}\)=15V，使其V\(_{DS}\)可忽略不计。

2.控制电磁阀电路

图9是控制电磁阀电路，在2脚只要施加2V以上的电压就可驱动电磁阀。二极管1N4005及5k电阻是给关断电磁阀时使感应电势有一个回路。

3.低端驱动的应用

N管的I\(_{D}\)与V\(_{GS}\)有关，若不用MIC5014，而在栅极加3V的电压，可能ID太小而不能满足负载的需要。采用MIC5014后，在2脚只要加大于2V的电压，其外接N管的V\(_{GS}\)=15V，可获极大的I\(_{D}\)，电路如图10所示。

编者注：
MIC5014的详细资料见http：//www.micrel.com/-PDF/mic5014.pdf。

（文/方佩敏）