图腾柱和互补推挽有什么区别?

1782022-01-21
推挽电路的应用非常广泛,比如单片机的推挽模式输出,PWM控制器输出,桥式驱动电路等。推挽的英文单词:Push-Pull,顾名思义就是推-拉的意思。所以推挽电路又叫推拉式电路。
常见推挽电路
推挽电路有很多种,根据用法的不同有所差异,但其本质都是功率放大,增大输入信号的驱动能力,且具有两个特点:a:很强的灌电流,即向负载注入大电流;

b:很强的拉电流,即从负载抽取大电流。

如图1由NPN+PNP三极管组成的推挽电路,这就是我们常用的互补推挽电路。特点是输出阻抗很小,驱动能力很强。

图1 互补推挽电路
如图2,输入信号由低电平跳变到高电平,上管导通。
图2 上管导通
如图3,输入信号由高电平跳变到低电平,下管导通。
图3 下管导通
如图4,NPN+PNP构成的互补推挽电路是共射极输出,在任意时刻,有且只有其中一个管子导通有输出。
图4 共射极输出
有朋友觉得三极管不都是集电极(C)作为输出吗?怎么画风变了。按常规思路应该是如图5所示的电路图;如果单独输入是0V或12V,那么该电路看似没有毛病,但是输入信号是变化的,电压信号高低电平的跳变有过渡的过程,所以在某个中间电压时会出现两个管子同时导通的情况,这是要炸管的,切记!
图5 错误的推挽电路
如图6为推挽驱动MOS管的电机调速电路,MOS管的G极灌电流及拉电流都很大,于是MOS管的开通和关断时间都非常短,平台电压也非常窄,可有效降低开关损耗。
图6 电机调速电路
当然,如图7把三极管替换成MOS管也是完全可以的,驱动能力会更强劲。
图7 MOS管结构的互补推挽
以上互补推挽电路的输入信号幅值必须和推挽供电电压一致,比如推挽供电电压为12V,那么输入的PWM信号的幅值也必须是12V。如果输入低于12V,输出也也会低于12V,参考图4所示,那么在管子上形成的压降会导致管子发热严重。
图腾柱电路
有没有小电压驱动大电压的推挽结构呢?当然有,在很多驱动芯片里非常常见,我们管TA叫图腾柱;如图8所示。
图8
如图9的红框内,图腾柱由NPN+NPN构成,上管前级有个非门。(实际上,芯片框图对有些功能只以模块化展示,涉及的细节属于绝密是不可能呈现出来的)
图腾柱电路
为什么芯片采用图腾柱而不是互补推挽呢?原因是芯片内部的工作电压为5V(VCC经过芯片内部的线性电源得到5V),由前面对互补推挽的分析得知该结构并不适用于小电压驱动大电压;于是图腾柱结构的推挽孕育而生。
图9 图腾柱
如图10为图腾柱仿真电路,信号源为5V/1k的方波,二极管D1的作用是防止Q3、Q4同时导通而导致炸管。
图10 图腾柱仿真电路
如图11为图腾柱仿真波形,输出与输入相位相反,黄色表示Ui输入波形,蓝色表示Uo输出波形,实现了小电压驱动大电压的推挽输出。
图11 图腾柱仿真波形
如图12为互补推挽仿真电路,信号源为12V/1k的方波。
图12 互补推挽仿真电路
如图13为互补推挽仿真波形,输出与输入相位一致,黄色表示Ui输入波形,蓝色表示Uo输出波形。
图13 互补推挽仿真波形
然而,我们常用的运放也是推挽输出,运放的一个特性就是输入阻抗很大,输出阻抗很小,输出如图14红框所示,输出阻抗不到200Ω。
图14 运放的推挽输出
如图15,运放输出端与反相输入端直接相连就构成了常用的跟随器,输出电压等于输入电压,驱动能力大大增强。
图15 跟随器
要点小结
图腾柱是NPN+NPN结构,互补推挽是NPN+PNP结构;图腾柱有非线性特征,只能用于PWM输出,而互补推挽有线性特征,除了用于PWM输出外,还可用于模拟信号输出;

图腾柱多见于PWM芯片驱动,用于直接驱动功率MOS管;互补推挽多见于搭建的电路以及MCU(单片机)、运放等芯片;

PWM控制时,图腾柱输入电压可小于驱动电压,而互补推挽必须是输入电压与驱动电压相等。

关于图腾柱和互补推挽,很多时候都被认定是同一个电路(且存在争议),其实不然,正确认识以及了解它们的区别后,相信读者对它们有个全新的认识。

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