PMOS開關(guān)電路常見的問題分析

12.電路基本原理 32.1.先說(shuō)工作原理 32.2.幾個(gè)問題的解釋及解決辦法 42.2.1.PMOS開關(guān)開啟的一瞬間，前級(jí)電源電壓跌落，或者直接被拉死4 82.2.3.PMOS開關(guān)由開啟變?yōu)閿嚅_后，輸出端Vout電壓先降低，后上升，然后再下降，即下電波形出現(xiàn)回溝 3.PMOS管用作電源開關(guān)注意事項(xiàng) 1.序言而且一般用做電源控制。下面就來(lái)說(shuō)明下這些問題是如何產(chǎn)生的，以及如何解決。2.電路基本原理為了照顧下剛?cè)腴T的同學(xué)，還是先來(lái)解釋下電路的工作原理，以及各個(gè)器件的作用即M1最終會(huì)導(dǎo)通。2、當(dāng)控制信號(hào)PWR_EN為低時(shí)，三極管Q1不導(dǎo)通，那么R2下端相當(dāng)于懸空。那么MOS管M1的柵極會(huì)被R1拉到和輸入電壓Vin一樣，即Vgs=0,那么M1最終狀態(tài)會(huì)是不導(dǎo)通。所以說(shuō)，我們通過控制PWR_EN的高低，就能夠控制PMOSM1的導(dǎo)通和關(guān)斷，這也就是這個(gè)電路的基本原理。再來(lái)看下每個(gè)器件的作用。,開關(guān)作用2.與C1。R2—起構(gòu)成充放電電路?？刂崎_關(guān)M1的開關(guān)速度限流，防止湯端/Q1的基極b電流過大造成損壞1、與R2構(gòu)成分壓，防止M1的Vos電壓過離關(guān)1的開關(guān)速度1、與R1構(gòu)成分壓，期止M1的Vgs電壓過高2.與C1,R1一起構(gòu)成充故電電路，控制開關(guān)M1的開關(guān)速度→控制開關(guān)的開關(guān)速度，電容題大。速疫越慢NsRrwREY如上圖所示，各個(gè)器件的作用應(yīng)該都說(shuō)清楚了吧，我們繼續(xù)看前面提到的實(shí)際應(yīng)用中，我們可能會(huì)遇到的幾個(gè)問題。死我們把這個(gè)電路做一個(gè)仿真，加上輸入20V電壓，電源內(nèi)阻100mΩ,負(fù)載102,負(fù)載濾波電容1000μF,PMOS開通的瞬間Vin波形如下圖(實(shí)驗(yàn)1):可以看到，輸入端Vin電源20V,在PMOS開啟的時(shí)候，瞬間被拉到了11.8V。那么為什么會(huì)如此呢?輸出電壓Vout從0V要上漲到20V,這個(gè)電容有就要從0V被充電到20V。如果這一點(diǎn)也比較容易理解，電容從0V到20V,被充入的電荷量Q=C*U,如果開關(guān)的時(shí)間是t,那么平均充電電流就是I那充電電流大為啥輸入電壓就會(huì)跌落呢?我們要知道這個(gè)充電電流來(lái)源于需要注意，我仿真的時(shí)候，給電壓源V2的內(nèi)阻就是100mΩ,這也是為了模一起看看跌落的情況。如下圖(實(shí)驗(yàn)2),可以看到，50mΩ時(shí)，電壓Vin只跌落到了15V左右，沒有像100mΩ是跌到了11.8V這么多，而500mΩ時(shí)電壓已經(jīng)跌落到了6V左右。前面說(shuō)到，電容平均充電電流是1=Q/t=C*U/t我們也可以仿真來(lái)驗(yàn)證下，我們?cè)O(shè)定V2的內(nèi)阻為100mΩ不變，負(fù)載端電容分別是100μF,1000μF,10000μF,結(jié)果如下圖(實(shí)驗(yàn)3)16.5V,相對(duì)于1000μF的11.8V,是呢?有時(shí)候我們的負(fù)載就是需要那么大的電容，那怎么辦呢?其實(shí)我們還可以調(diào)整開關(guān)的速度，我們可以通過調(diào)整R1我們可以通過調(diào)整電路，增大開關(guān)的開通時(shí)間t,也能降低充電電流的大小，最還是來(lái)仿真下，我們保持電源內(nèi)阻為100mΩ,濾波電容為1000μF不變，R1,R2保持10K不變。然后讓開關(guān)MOS的gs之間的跨接電容分別為100nF,470nF,1μF,4.7μF,對(duì)比波形如下圖(實(shí)驗(yàn)4)100nF不變，單獨(dú)調(diào)整下R1和R2,讓其分別等于10K,47K,100k,470k,看下效果，仿真如下圖(實(shí)驗(yàn)5)可以看到，效果和調(diào)節(jié)gs之間的電容差不多，在電阻調(diào)整到470k之后，有跌落了，以及出現(xiàn)這種情況之后，我們只需要調(diào)整R1,R2,Cgs雜。比如說(shuō)我仿真內(nèi)阻都是用的100mΩ,實(shí)際電路中電路不僅僅有內(nèi)阻，還有2.2.2.PMOS開關(guān)開啟的一瞬間，PMOS燒毀仿真條件：PMOS型號(hào)為SI4425,電壓源V2=20V,內(nèi)阻=100mΩ,負(fù)載電容1000μF,R1=R2=10k,gs端跨接電容100nF。波形如下圖(實(shí)驗(yàn)6)其最大允許的電流是50A。V43VΩA9S這一點(diǎn)，我們也可以從其SOA曲線上看出來(lái).-VDs,DRAINSOURCEVOLTAGE(V)我們將gs間跨接電容分別調(diào)至470nF,1μF,4.7μF,對(duì)比看看電流的情況，如可以看到，在Cgs=1μF的時(shí)候，此時(shí)Ids最大只有40A,而PMOSSI4425最大瞬間電流可以過50A,僅從電流Ids來(lái)考慮，是OK的，并且滿足80%的降假如我們選定Cgs=1μF,我們還需要看下此時(shí)的功率是否有超標(biāo)(結(jié)合SOA曲線看),從曲線上看，MOS管開通時(shí)間約為1ms,這期間最大功率約為280W,如下圖。420WEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(n-m),m))假設(shè)這個(gè)PMOS應(yīng)用場(chǎng)景是單脈沖(即非周期性開通，只是偶爾開通一次),從手冊(cè)看到其1ms時(shí)歸一化熱阻系數(shù)r(t)=0.007。芯片正常熱阻是Rja=50℃/W,最高結(jié)溫是150℃,假設(shè)環(huán)境溫度是25℃,OporatngandSbrayeT℃RThamaReisareeAndonDAW5SI4425在1ms瞬間能扛的功率是357W,而將Cgs電容調(diào)整到了區(qū)，是OK的。再來(lái)說(shuō)一個(gè)我曾經(jīng)遇到過的奇特現(xiàn)象，也就是第3個(gè)問題?，F(xiàn)回溝這個(gè)波形是用下面這個(gè)電路仿真出來(lái)的(實(shí)驗(yàn)8)負(fù)載有變化負(fù)載有變化+4相對(duì)于前面的PMOS開關(guān)仿真電路，其實(shí)沒有差異，僅僅是我將負(fù)載換成了一個(gè)開關(guān)電路而已，那為什么改變了負(fù)載之后，Vout的下電波形就不正常了呢?遇到這種情況我們?cè)撊绾握{(diào)整呢?阻抗會(huì)從接近于0(導(dǎo)通)到電阻無(wú)窮大(斷開),也就是說(shuō)存在一段時(shí)間，PMOS的會(huì)有一定的阻值，而負(fù)載也非恒定電阻。在Vout下電過程中，負(fù)載獲得的電壓下降到一定程度，負(fù)載電路可能因?yàn)榍穳和蝗煌Ｖ构ぷ?，其所需電流急劇減小，即其等效電阻突然變大，那么會(huì)導(dǎo)致其獲得的分壓變大，這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)上面上面的過程簡(jiǎn)單畫個(gè)示意圖如下所示：Vout的電壓等于Vin在PMOS和負(fù)載上面的分壓，如果負(fù)載RL突然變大，那么就有可能出現(xiàn)Vout突然上漲的情通到關(guān)斷切換的時(shí)刻，也就是PMOS的Vgs電壓等于其Vgsth的時(shí)候，關(guān)于這一回溝出現(xiàn)的地方，就是PMOS的Vgs=-1V的時(shí)候，我們可以從SI4425手冊(cè)中看43V的g和s跨接的電容從100nF調(diào)整到10nF,可以看到回溝基本沒有了(只有500mV左右，實(shí)際電路一般不影響使用),如下圖所示(實(shí)驗(yàn)9)。!這個(gè)原理是這樣的：加了濾波電容后，等效負(fù)載就變成了原本驗(yàn)10]在電路中用到了三極管和MOS管做電源開關(guān)，原有問題電路如下圖：做好PCB板，焊上相應(yīng)器件，上電發(fā)現(xiàn)電路工作不正常，表現(xiàn)為，在那么是為什么呢?原因是因?yàn)殚_關(guān)