3.3V驱动MOS方法——稳压二极管+NMOS

一、背景

在许多实际应用中，如电机控制和灯光调控，通常需要利用PWM（脉宽调制）信号来控制功率或转速。这些系统常常使用MOSFET（场效应管）来开关负载。在常见的PMOS和NMOS中，除非有特殊需求（例如需要增加对地电压），一般情况下优先选择NMOS，因为其具有更低的导通电阻和更低的成本。

二、驱动难点

单片机的工作电压通常为3.3V，这使得直接驱动NMOS存在一定挑战。虽然一些低功耗NMOS（如AO3400A）可以直接驱动，但对于大多数NMOS而言，导通电压和驱动能力的限制会导致一些问题。单片机的驱动能力通常不足以提供较大的电流，这会导致NMOS的开启时间变长。

虽然MOSFET是电压驱动的，但它也需要充电MOSFET的输入电容，只有在输入电压达到一定值时，MOS才会导通。以下是几种常见的驱动方法：

1. 图腾柱结构
   为了提升驱动电流，常见的方式是使用图腾柱结构，即在驱动回路中加入两个三极管。通过这种方式可以有效增加驱动能力。然而，由于三极管的压降，会导致电源电压在开关时略微降低。

2. 三极管+PMOS组合
   如果直接驱动NMOS无法满足需求，可以选择将三极管与PMOS组合来驱动NMOS。在LED驱动场景中，常见的24V供电电压超过了大多数NMOS的Vgs电压。为了解决这个问题，可以通过分压电阻进行调整。不过，这种结构的上拉电阻值通常较大，可能导致MOSFET释放时的响应速度较慢。

3. 两级三极管驱动
   另外一种方法是采用两级三极管驱动方案。这种方案大大提高了驱动能力。根据相关文献（例如 这篇博客），通过增加额外的12V电压和合理选择下拉电阻，可以有效地提升开关速度。然而，使用这种方法时，依然会遇到关断时间变长的问题。

三、稳压二极管+NMOS驱动方案

在一些宽电压输入（12V-24V）、高开关频率（20kHz）以及较大电流（最高5A）的应用场景中，我们可以设计一种更简单的驱动电路。通过使用稳压二极管和NMOS管组合，可以有效地简化电路设计，并提供足够的驱动能力。

优点：电路较为简单，3.3V单片机轻松驱动。
缺点：电阻R2和D1一直在走电流，消耗功率，最高在1W左右。不适合放在低功耗场景中，且对元件选型有要求，以及散热。