1.前言

我們的世界正在變得自動化。我們看到了在日常生活中實現(xiàn)更多自動化的強大舉措，從更智能的家居（空調(diào)、照明和白色家電）到更輕松、更好的汽車旅行。這需要大量的處理器和邏輯器件！但是邏輯是如何控制所有這些電機、LED 和繼電器的呢？外設(shè)、電機和低側(cè)驅(qū)動器是實現(xiàn)這一目標的組成部分。我們可能已經(jīng)知道在大多數(shù)應用中使用的非常標準的驅(qū)動器，即達林頓晶體管。但是當我們努力構(gòu)建創(chuàng)新的、更好的解決方案時，我感到不得不問：我們?nèi)绾尾拍苁箻藴矢茫?/span>

2.標準驅(qū)動程序是什么樣的？

當今最簡單但最常見的外設(shè)驅(qū)動器是達林頓晶體管陣列。這種低端驅(qū)動器使邏輯設(shè)備能夠驅(qū)動或控制具有更高功率需求的設(shè)備（如圖 1 所示）：

圖 1：達林頓低側(cè)驅(qū)動器

在當前系統(tǒng)中，設(shè)計人員使用由多個達林頓對組成的陣列來控制整個系統(tǒng)。

達林頓電路有四種接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN.
前二種是同極性接法，后二種是異極性接法。NPN+NPN的同極性接法：B1為B，C1C2為C，E1B2接在一起，那么E2為E。這里也說一下異極性接法。以NPN+PNP為例。設(shè)前一三極管T1的三極為C1B1E1，后一三極管T2的三極為C2B2E2。達林頓管的接法應為：C1B2應接一起，E1C2應接一起。等效三極管CBE的管腳，C=E2,B=B1，E=E1(即C2）。等效三極管極性，和前一三極管相同。即為NPN型。 　　PNP+NPN的接法和此類同。 　　如下圖所示，兩級放大器元件同為NPN型晶體管，將前級晶體管的射極電流直接引入下一級的基極，當作下級的輸入?！竿瑯O型達林頓」連接,是使用相同類型的晶體管.而「異極型達林頓」連接，是使用NPN和PNP晶體管相互串接達成達林頓的特性。 

這種類型的系統(tǒng)通常允許具有 TTL 或 5V CMOS 的邏輯設(shè)備以每通道高達 50V 和 500mA 的電流驅(qū)動設(shè)備。每當電流需求過高而無法驅(qū)動單個通道時，并聯(lián)通道有助于均勻分配電流負載（如圖 2 所示）。

圖 2：達林頓陣列驅(qū)動器

但是，使用這種類型的架構(gòu)有其自身的權(quán)衡和限制。最大的問題之一是在外圍驅(qū)動器的大多數(shù)（如果不是全部）通道過載時增加電路板尺寸。這就需要使用額外的驅(qū)動程序來在這些驅(qū)動程序之間分配當前的需求。另一個挫折是該設(shè)備增加了系統(tǒng)的功耗。由于堆疊的 NPN 晶體管，該器件輸出低側(cè)的電壓增加了約 0.7V。該系統(tǒng)的耗散功率現(xiàn)在看起來像：

PD = VOL * IO

PD = (~ 0.7V + 2Ω*I O ) * I o

3.如何讓標準更好？

這些權(quán)衡的一種解決方案是使用NMOS晶體管 而不是達林頓對。MOS英文全稱為N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意思為N型金屬-氧化物-半導體，而擁有這種結(jié)構(gòu)的晶體管我們稱之為NMOS晶體管。 MOS晶體管有P型MOS管和N型MOS管之分。

① vGS=0 的情況

增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個背靠背的PN結(jié)。當柵——源電壓vGS=0時，即使加上漏——源電壓vDS，而且不論vDS的極性如何，總有一個PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏——源極間沒有導電溝道，所以這時漏極電流iD≈0。

② vGS>0 的情況

若vGS>0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個電場。電場方向垂直于半導體表面的由柵極指向襯底的電場。這個電場能排斥空穴而吸引電子。

排斥空穴：使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子(負離子)，形成耗盡層。吸引電子：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。

這種低端驅(qū)動器架構(gòu)降低了功耗，可以支持所有 GPIO 電平的輸入，從 1.8V 到 5V。

圖 3：NMOS 低側(cè)驅(qū)動器

這種配置允許我們以與達林頓對相同的方式驅(qū)動外設(shè)，功耗顯著降低：

PD = VOL * IO

PD =（2Ω* I ?）* I ?

TI 的新型外設(shè)驅(qū)動器TPL7407L 是一個七通道 NMOS 低側(cè)驅(qū)動器陣列，可復制此架構(gòu)。該器件允許我們替換任何標準的基于達林頓的七通道驅(qū)動器，同時保持低于標準解決方案的功耗。該器件還具有更高的電流支持，允許將更高的電流需求分配到單個通道或比標準器件更少的通道。

圖 4：7CH NMOS 低側(cè)驅(qū)動器

外圍驅(qū)動在高壓應用中大量使用，例如白色家電、暖通空調(diào)、汽車和樓宇自動化。如果我們擁有或正在設(shè)計一個使用達林頓晶體管陣列作為外圍驅(qū)動器的系統(tǒng)，則無需對該設(shè)備進行大量重新設(shè)計即可改進我們的系統(tǒng)。這個簡單的更改可以將我們的設(shè)計提升到一個全新的水平，并使我們的系統(tǒng)變得更好！