MOS管电平转换电路

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所属分类:积木电路

MOS管电平转换电路


一、电路说明:

电平转换在电路设计中非常常见,因为做电路设计很多时候就像在搭积木,这个电路模块,加上那个电路模块,拼拼凑凑连起来就是一个电子产品了。而各电路模块间经常会出现电压域不一致的情况,所以模块间的通讯就要使用电平转换电路了。

上图是用MOS管实现的I2C总线电平转换电路,实现3.3V电压域与5V电压域间的双向通讯。挂在总线上的有3.3V的器件,也有5V的器件,通过这个电路,大家就可以愉快地玩耍聊天了。

实物对照图如下。实物的上拉电阻用了4.7K欧姆,可以提供更大的电流驱动能力。在满足电路性能的前提下,我喜欢用阻值更大的电阻,因为功耗更低更省电。
MOS管电平转换电路


二、原理分析:

MOS管电平转换电路

简化来看,留下I2C的一根线来分析就可以了。分四种情况:

1、当SDA1输出高电平时:MOS管Q1的Vgs = 0,MOS管关闭,SDA2被电阻R3上拉到5V。

2、当SDA1输出低电平时:MOS管Q1的Vgs = 3.3V,大于导通电压,MOS管导通,SDA2通过MOS管被拉到低电平。

3、当SDA2输出高电平时:MOS管Q1的Vgs不变,MOS维持关闭状态,SDA1被电阻R2上拉到3.3V。

4、当SDA2输出低电平时:MOS管不导通,但是它有体二极管!MOS管里的体二极管把SDA1拉低到低电平。

注:

低电平指等于或接近0V。

高电平指等于或接近电源电压。所以3.3V电压域的器件,其高电平为等于或接近3.3V;5V电压域的器件,其高电平为等于或接近5V。


三、注意事项:

以上是3.3V与5V之间的情况,如果换用其他电压域之间的转换,如3.3V、2.5V、1.8V等电压值的两两之间,需要注意MOS管的Vgs开启导通电压。

给MOS管过高的Vgs会导致MOS管烧坏!给过低的Vgs会导致MOS管打不开!不同型号的MOS管这个参数值还不一样!!!

MOS管电平转换电路

举例:其中一个厂家生产的2N7002的数据手册,Vgs不能超过正负20V

再来看一下,设计电路时Vgs可能设计过小的情况,下图是2N7002的数据手册:

MOS管电平转换电路

举例:其中一个厂家生产的2N7002的数据手册,Vgs的开启电压为1V

实际使用时为保证完全开启、完全导通,设计上要多预留余量,比如实际电路中Vgs起码给到1.8V。因为1.8V的设计参数接近数据手册标注的1V临界值,尤其注意用实验验证,确保万无一失。


四、总结:

3.3V跟5V互转的电路已经是一个经典电路,实在是硬件设计师居家旅行、护院看家,必备良药!MOS管型号就记住用2N7002,这个型号便宜,性能久经考验,不像有些MOS管外型看起来跟2N7002一样,但实际是大功率的,有部分性能规格浪费了,有部分性能规格又不一定能满足需要,主要是还贼贵,具体其他MOS是怎样的这里就不细究啦。

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