推挽輸出簡介

在學(xué)單片機和選用邏輯器件的時候我們常別人說這款芯片是推挽輸出驅(qū)動能力強，這個引腳是開漏輸出需要加上拉電阻。

是不是有時候感覺一頭霧水？

今天就詳解一下推挽和開漏，以后你買芯片的時候就可以和別人大聲理論了。

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推挽輸出

推挽輸出既可以輸出低電平，也可以輸出高電平，可以直接驅(qū)動功耗不大的數(shù)字器件。

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推挽輸出電路

推挽電路是由兩個三極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中，電路工作時，兩只對稱的開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小、效率高、既提高電路的負(fù)載能力，又提高開關(guān)速度。

其示意結(jié)構(gòu)如下圖所示：

當(dāng)內(nèi)部輸出1電平時，上邊的MOS管導(dǎo)通同時下邊的MOS管截至，IO口輸出高電平。

當(dāng)內(nèi)部輸出0電平時，上邊的MOS管截至同時下邊的MOS管導(dǎo)通，IO口輸出低電平。

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開漏輸出

開漏輸出只能輸出低電平，如果要輸出高電平必須通過上拉電阻才能實現(xiàn)。就類似于三極管的集電極輸出。

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開漏輸出電路

如上圖：

內(nèi)部輸出1時MOS管截止，輸出與地斷開，這時候IO口其實是沒有驅(qū)動能力的，需要外部連接上拉電阻才能輸出高電平，才能驅(qū)動數(shù)字器件。

內(nèi)部輸出0時MOS管導(dǎo)通，輸出低電平，所以開漏能輸出低電平。

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準(zhǔn)雙向I/O

在學(xué)51單片機的時候老師告訴我們，51單片機的IO口是準(zhǔn)雙向的。

什么是準(zhǔn)雙向的？

示意如下：

其結(jié)構(gòu)類似于開漏輸出，只不過是把上拉電阻集成到了單片機內(nèi)部。

推挽式電路是什么

推挽式電路是一種放大電路，它按功放輸出級放大元件的數(shù)量，可以分為單端放大器和推挽放大器。

單端放大器的輸出級由一只放大元件(或多只元件但并聯(lián)成一組)完成對信號正負(fù)兩個半周的放大。單端放大機器只能采取甲類工作狀態(tài)。

推挽放大器的輸出級有兩個“臂”(兩組放大元件)，一個“臂”的電流增加時，另一個“臂”的電流則減小，二者的狀態(tài)輪流轉(zhuǎn)換。對負(fù)載而言，好象是一個“臂”在推，一個“臂”在拉，共同完成電流輸出任務(wù)。盡管甲類放大器可以采用推挽式放大，但更常見的是用推挽放大構(gòu)成乙類或甲乙類放大器。

推挽式開關(guān)電源的優(yōu)點

①電壓輸出特性很好

由于它的兩個控制開關(guān)K1和K2輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對稱，并且開關(guān)電源在整個工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，并且它是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的DC/AC逆變器，或DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中。

②是一個輸出電壓特性非常好的開關(guān)電源

它經(jīng)橋式整流或全波整流后，其輸出電壓的電壓脈動系數(shù)Sv和電流脈動系數(shù)Si都很小，因此只需要一個很小值的儲能濾波電容或儲能濾波電感，就可以得到一個電壓紋波和電流紋波都很小的輸出電壓。

③開關(guān)電源的工作效率很高

它的變壓器屬于雙極性磁極化，磁感應(yīng)變化范圍是單極性磁極化的兩倍多，并且變壓器鐵心不需要留氣隙，因此，它的變壓器鐵心的導(dǎo)磁率比單極性磁極化的正激或反式開關(guān)電源變壓器鐵心的導(dǎo)磁率高很多倍;這樣變壓器初、次級的線圈匝數(shù)可比單極性磁極化變壓器初、次級的線圈匝數(shù)少一倍以上，漏感以及銅阻損耗都比單極性磁極化變壓器小很多。

④驅(qū)動電路簡單

它的兩個開關(guān)器件有一個公共接地端，相對于半橋式或全橋式開關(guān)電源來說，驅(qū)動電路要簡單很多，這也是一個優(yōu)點。

下面了解下半橋式以及全橋式開關(guān)電源與推挽式開關(guān)電源的優(yōu)缺點

半橋式以及全橋式開關(guān)電源

它們都有一個共同缺點，就是當(dāng)兩個控制開關(guān)K1和K2處于交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的時候，兩個開關(guān)器件會同時出現(xiàn)一個半導(dǎo)通區(qū)，即兩個控制開關(guān)同時處于接通狀態(tài);這是因為開關(guān)器件在開始導(dǎo)通的時候，相當(dāng)于對電容充電，它從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài)需要一個過渡過程;而開關(guān)器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)的時候，相當(dāng)于對電容放電，它從導(dǎo)通狀態(tài)到完全截止?fàn)顟B(tài)也需要一個過渡過程;當(dāng)兩個開關(guān)器件分別處于導(dǎo)通和截止的過渡期間，就會同時出現(xiàn)半導(dǎo)通狀態(tài)，此時，相當(dāng)于兩個控制開關(guān)同時接通，會對電源電壓產(chǎn)生短路，在兩個控制開關(guān)的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個電流并沒有通過變壓器負(fù)載。因此，在兩個控制開關(guān)K1和K2分別處于導(dǎo)通和截止的過渡期間，兩個開關(guān)器件將會產(chǎn)生很大的功率損耗。

推挽式開關(guān)電源

它不會存在這種損耗。因為，當(dāng)控制開關(guān)K1將要關(guān)斷的時候，開關(guān)變壓器的兩個初級線圈N1繞組和N2繞組都會產(chǎn)生反電動勢，而N2繞組產(chǎn)生的反電動勢正好與輸入電流的方向相反;此時，即使是K2開關(guān)器件處于半導(dǎo)通或全導(dǎo)通狀態(tài)，在短時間內(nèi)，在K2組成的電路中都不會出現(xiàn)很大的工作電流，并且在電路中，兩個控制開關(guān)也不存在直接串通的回路;因此不會像半橋式，以及全橋式開關(guān)電源那樣出現(xiàn)兩個控制開關(guān)同時串通的可能性，這也是推挽式開關(guān)電源的一個優(yōu)點。

推挽式開關(guān)電源的主要缺點

它的兩個開關(guān)器件需要很高的耐壓，其耐壓必須大于工作電壓的兩倍，因此在220V交流供電設(shè)備中很少使用。另外，直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍比反激式開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍小很多，并且需要一個儲能濾波電感;因此不宜用于要求負(fù)載電壓變化范圍太大的場合，特別是負(fù)載很輕或經(jīng)常開路的場合。

它的變壓器有兩組初級線圈，對于小功率輸出是個缺點，對于大功率輸出是個優(yōu)點。因為大功率變壓器的線圈繞組一般都用多股線來繞制，因此兩組初級線圈與用雙股線繞制沒有根本區(qū)別，并且兩個線圈與單個線圈相比可以降低一半電流密度。