pmos开关管的选择与电路图
常见的PMOS开关电路问题
常见的PMOS开关电路问题硬件工程师,不管做什么产品,一般都会用类似下面的PMOS开关电路,而且一般用做电源控制。
这个电路看着比较简单,但是呢,在实际应用中,稍不注意的话,可能会出现下面的几个问题:1、PMOS开关开启的一瞬间,前级电源电压跌落,或者直接被拉死。
2、PMOS开关开启的一瞬间,MOS管冲击电流太大,MOS管损坏。
3、PMOS开关由开启变为断开时,输出端Vout电压先降低,后上升,然后再下降,即下电波形出现回沟。
下面就来说明下这些问题是如何产生的,以及如何解决。
一、电路基本原理:为了照顾下刚入门的同学,还是先来解释下电路的工作原理,以及各个器件的作用先说工作原理1、当控制信号PWR_EN为高时,三极管Q1导通,R2下端等于接GND。
由于R1和R2的分压作用,MOS管M1的Vgs会有压差Vgs=-Vin*R1/(R 1+R2),即M1最终会导通。
2、当控制信号PWR_EN为低时,三极管Q1不导通,那么R2下端相当于悬空。
那么MOS管M1的栅极会被R1拉到和输入电压Vin一样,即Vgs=0,那么M1最终状态会是不导通。
所以说,我们通过控制PWR_EN的高低,就能够控制PMOS M1的导通和关断,这也就是这个电路的基本原理。
再来看下每个器件的作用。
如上图所示,各个器件的作用应该都说清楚了吧,我们继续看前面提到的实际应用中,我们可能会遇到的几个问题。
二、几个问题的解释及解决办法:1、PMOS开关开启的一瞬间,前级电源电压跌落,或者直接被拉死;我们把这个电路做一个仿真,加上输入20V电压,电源内阻100mΩ,负载10Ω,负载滤波电容1000uF,PMOS开通的瞬间Vin波形如下图:可以看到,输入端Vin电源20V,在PMOS开启的时候,瞬间被拉到了11.8V。
那么为什么会如此呢?道理其实很简单,Vout网络接了一个很大的电容1000uF,开关打开的时候,输出电压Vout从0V要上涨到20V,这个电容有就要从0V被充电到20V。
pmos逻辑
PMOS逻辑1. 什么是PMOS逻辑?PMOS逻辑是一种基于PMOS(P型金属氧化物半导体)晶体管的逻辑电路设计方法。
在PMOS逻辑中,PMOS晶体管被用作开关来实现逻辑功能。
PMOS逻辑是早期的MOS逻辑家族之一,与NMOS逻辑相对应。
与NMOS逻辑使用NMOS晶体管作为开关不同,PMOS逻辑使用PMOS晶体管作为开关。
2. PMOS逻辑的特点PMOS逻辑具有以下特点: - PMOS逻辑使用PMOS晶体管作为开关,当输入为低电平时,PMOS晶体管导通,输出为高电平;当输入为高电平时,PMOS晶体管截断,输出为低电平。
- PMOS逻辑的输入电平与输出电平相反,即输入为低电平时,输出为高电平;输入为高电平时,输出为低电平。
- PMOS逻辑的输入电阻较高,输出电阻较低。
- PMOS逻辑的功耗较高,速度较慢,不适用于高速应用。
3. PMOS逻辑的基本电路PMOS逻辑电路可以由PMOS晶体管和电阻构成。
常见的PMOS逻辑电路包括PMOS反相器(PMOS Inverter)、PMOS与门(PMOS AND Gate)和PMOS或门(PMOS OR Gate)。
3.1 PMOS反相器PMOS反相器由一个PMOS晶体管和一个电阻组成。
当输入为低电平时,PMOS晶体管导通,输出为高电平;当输入为高电平时,PMOS晶体管截断,输出为低电平。
具体电路图如下所示:VDD││─┼─│─┼─│┼─── Output│┴PMOS│Input3.2 PMOS与门PMOS与门由多个PMOS晶体管组成。
当所有输入为低电平时,所有PMOS晶体管导通,输出为高电平;当任一输入为高电平时,对应PMOS晶体管截断,输出为低电平。
具体电路图如下所示:VDD││─┼─ ─┬─│ │─┼─ ││ │┼─── Output│ │┴ │PMOS ││ │Input1 Input23.3 PMOS或门PMOS或门由多个PMOS晶体管组成。
当任一输入为低电平时,对应PMOS晶体管导通,输出为高电平;当所有输入为高电平时,所有PMOS晶体管截断,输出为低电平。
PMOS管用作电源开关注意事项
PMOS管⽤作电源开关注意事项
PMOS管⽤作电源开关注意事项:PMOS管作电源开关时因开关速度过快导致电源被拉下。
最近在设计电路时踩了⼀个坑,给⼤家分享下。
在电路中⽤到了三极管和MOS管做电源开关,原有问题电路如下图:POWER_RESET为⾼,Q4和Q2均导通,电源接通;
POWER_RESET为低时,Q4和Q2均不导通,电源不通。
做好PCB板,焊上相应器件,上电发现电路⼯作不正常,表现为,在POWER_RESET突然变⾼时,即电源3V3突然接通时,前级电源DCDC_3V3被拉下。
⽤⽰波器测量如下:
那么是为什么呢?原因是因为开关的开启速度过快,瞬间导通,⽽后级3V3电源有很多电路均在使⽤,会接了很多滤波电容,总电容量很⼤。
在电源突然接通的时候,需要对这些电容进⾏充电,电容量⼤,导致刚开始需要的电流很⼤,⽽前级来不及提供,导致电源被拉下。
知道了问题的原因,那么如何修正呢?那就需要让开关不能打开过快,需要慢慢打开。
改进电路如下。
⾸先C169可以让Q4导通时间变缓,这是⼀⽅⾯。
然后C168和R171可以让Q3导通变缓。
Q4导通前Q3的Vgs=0。
当Q4由不导通变为导通时,因为Q3的GS上⾯有电容,电容两端电压不能突变,Q3的G极不会马上被拉低,⽽是需要通过R171对电容C168和C167进⾏充电,充电的过程就是G极电压变低的过程,即Vgs是慢慢变化的,所以Q3也是慢慢导通的,开启的速度取决于C167和C168及R171的值。
pmos管原理
pmos管原理
PMOS (Positive-channel Metal-oxide-semiconductor)是一种常用
的MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 类型。
它是一种开关(或放大)电路元件。
PMOS的原理如下:
1. 结构:PMOS管有一个P型半导体基底,两个N型别廉电
极(Source和Drain)和一个强加正电压的闸极(Gate)。
2. 工作方式:当Gate极上加一个负电压时,PMOS中形成的
电场会修护阻止电子从Drain流入Source,从而PMOS处于关闭状态。
3. 当Gate电极上的电压为零,或者Grounded时,将源极接地,就会形成一个强的P型层到N型层的电荷的吸引,PMOS处
于导通状态,电流可以从Drain到Source流动。
4. 控制:通过改变Gate电极上的电压,可以控制PMOS的导
通或截止状态。
负电压会导致截止,而零电压或接地则会导致导通。
总结:
PMOS是一种根据电压控制导通和截止状态的半导体器件。
它是根据PN结的结构和电流方向来工作的,在晶体管的电流放大、放大倍数以及数字电路中具有重要的应用。
三极管控制pmos管电路
三极管控制pmos管电路在电子世界里,三极管和PMOS管就像是一对默契的搭档,缺一不可。
想象一下,三极管就像是那位调皮捣蛋的小朋友,时不时要给PMOS管下个命令,让它听话。
这种搭配真是有趣得很。
大家可能知道,PMOS管主要用来控制电流,而三极管则负责开关的角色。
就好像在舞台上,三极管是导演,而PMOS管则是演员。
没有导演,演员就不知道该怎么演。
你想象一下,电路里如果没有这两位主角,简直就像一锅没有盐的汤,乏味得很。
三极管的主要工作就是放大信号,有点像是把小声音变得响亮,而PMOS管则负责接收这些信号并做出相应的反应。
要是这两位配合得好,那电路里的每一个环节都会流畅得像滑冰一样,轻松自然。
否则,可能就会像摔倒的滑冰者一样,狼狈不堪。
三极管通过控制基极的电流来影响集电极和发射极之间的电流,而PMOS管则是靠栅极的电压来决定它是否导通。
简单来说,三极管是个开关,而PMOS管则是个执行者。
有趣的是,三极管控制PMOS管的过程,就像是一场精心编排的舞蹈。
三极管在一边,时而高高举起手,时而低下,发出不同的信号,PMOS管则根据这些信号,时而跳起欢快的舞步,时而静止不动。
这个过程就像是和朋友一起去派对,掌控节奏的人让大家都跟着摇摆。
可以想象一下,如果三极管的节奏不对,PMOS管就会毫无头绪,导致整个派对冷场。
谁愿意参加一个没有气氛的聚会呢?这种控制关系在我们的日常生活中随处可见。
比如说,想象一下你和朋友一起去吃火锅。
你们点了一大堆菜,三极管就是那个负责点菜的人,PMOS管则是锅里的火锅底料。
点菜的人一喊“来点牛肉”,锅里的底料立马开始冒泡,牛肉下锅,滋滋作响,整个过程就充满了活力和乐趣。
而如果点菜的人只是呆坐着,锅里的火锅就会慢慢冷却,失去了应有的热闹。
在实际应用中,三极管和PMOS管的搭配可谓是相辅相成。
想要实现更高效的电路设计,就得了解它们之间的相互作用。
比如说,在开关电源中,三极管用来控制电流,而PMOS管则可以减少功耗,真是一举两得。
MOS管驱动电路综述连载
相对通用的电路电路图如下:图1 用于NMOS的驱动电路图2 用于PMOS的驱动电路这里只针对NMOS驱动电路做一个简单分析:Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh。
Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。
R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。
Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V的Vce。
R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把gate电压限制在一个有限的数值。
这个数值可以通过R5和R6来调节。
最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。
必要的时候可以在R4上面并联加速电容。
这个电路提供了如下的特性:1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管。
2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。
3,gate电压的峰值限制4,输入和输出的电流限制5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗。
6,PWM信号反相。
NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。
在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题。
DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电。
目前DC-DC转换器设计技术发展主要趋势有:(1)高频化技术:随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。
小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级。
(2)低输出电压技术:随着半导体制造技术的不断发展,微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低,这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求。
MOS管开关电路设计
MOS管开关电路设计MOS管的基本知识MOS管可以分为增强型和耗尽型,增强型又分为P沟道和N沟道,耗尽型也分P沟道和N沟道,实际应用中我们所说的NMOS和PMOS都是指,N沟道和P沟道增强型的MOS管。
所以我们这儿说的MOS管都是这两种类型。
对于这两种MOS管,我们比较常用的是NMOS,原因如下:1、导通电阻小,可以做到几个毫欧的电阻,传导损耗小。
2、输入电阻非常高,能够达到上亿欧姆,几乎不计电流。
3、开关速度快,开关损耗低,特别适合做开关电源。
4、较强的电流处理能力。
MOS管的三个脚之间都是存在寄生电容的,这个不是我们能够改变的,由于制造工艺产生的,所以在电路设计的时候会有一些我们必须要考虑的因素。
图一中可以看到NMOS和PMOS两种管的的区别。
图一MOS管的开关特性1、P沟道MOS管开关电路PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC 时的情况(高端驱动)。
需要注意的是,Vgs指的是栅极G与源极S 的电压,即栅极低于电源一定电压就导通,而非相对于地的电压。
但是因为PMOS导通内阻比较大,所以只适用低功率的情况。
大功率仍然使用N沟道MOS管。
如图二所示2、N沟道MOS管开关电路NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压大于参数手册中给定的Vgs就可以了,漏极D接电源,源极S接地。
需要注意的是Vgs指的是栅极G与源极S的压差,所以当NMOS作为高端驱动时候,当漏极D与源极S导通时,漏极D与源极S电势相等,那么栅极G必须高于源极S 与漏极D电压,漏极D与源极S才能继续导通。
如图二所示图二MOS管开关电路实列1(MOS管用于控制负载)导通条件:Vgs>Vth,R1,R2的作用是为了给G,S之间创造一个Vgs电压,不需要去关心G,D之间的电压关系(只要没有达到击穿电压)。
另外S极不一定需要接地,只需要满足Vg与Vs之间的一个电势差大于Vth,MOS管依然能够起到一个开关左右。
PMOS功率管开关电路设计
PMOS开关管电路设计指南一、NMOS管等效电路A)B)图2 NMOS管等效模型1、驱动G极时,因为输入电容Ciss(Cgd+Cgs)的存在,要求电压变化快,i=Cdu/dt,当G极电流大时,du/dt也大,增大开关速度。
2、根据B图,功率MOS管内部存在等效三极管,当S接地,刚上电时,三极管会导通,且电流有可能过大,所以,最好D极有缓启动电路保护。
3、根据A图,反向寄生二极管有可能被正向或反向击穿。
反向击穿有可能因为D极部分,当电源开启时会有冲击电流,因为线上电感原因,U = Ldi/dt,导致U过大。
正向击穿,可能因为S极在关电时,因为线上电感原因,造成U 过大;或者线上串入能量较大干扰电压,导致寄生二极管正向通道电流过大,烧毁寄生二极管,从而造成MOS管失效。
二、控制盒PMOS开关电路分析1、小电流切换电路A)B)图3 5V激光器驱动电路和24V LED灯驱动电路1、电路A:1)三极管集电极电阻过大,导致开关速度不高;考虑是激光器驱动电路,正好使用这个缓启动功能。
2)MOS管损坏过,现象是能够正常开启MOS管,但不能完全关断MOS管,怀疑是MOS管寄生二极管损坏导致。
解决办法,a)更换Vds较大的MOS管(IRLML5203,Vds最大30V,而6401的Vds最大12V)b)电源处增加缓启动c)D端增加5V TVSd)在输出端口增加电阻等措施e)去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管,如有可能,在输出放置防反接二极管。
2、电路B1)24V驱动电路,导通时Vgs过大,影响PMOS管寿命解决办法:修改R13为10K,R11为20K,Vgs最大为-8V2)电源上电有可能Vgs过大,在G、S极增加一个8V稳压二极管保护3)IRF9393的最大Vds约55V,更改为IRF6217,最大Vds变为150V4)在D极增加24V TVS5)在输出端口增加电阻等措施6)去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管,如有可能,在输出放置防反接二极管。
NMOS管和PMOS管开关控制电路原理及应用
NMOS管和PMOS管开关控制电路原理及应⽤了解MOS管的开通/关断原理你就会发现,使⽤PMOS做上管、NMOS做下管⽐较⽅便。
使⽤PMOS做下管、NMOS做上管的电路设计复杂,⼀般情况下意义不⼤,所以很少采⽤。
下⾯先了解MOS管的开通/关断原理,请看下图:
NMOS管的主回路电流⽅向为D→S,导通条件为VGS有⼀定的压差,⼀般为510V(G电位⽐S电位
-10V(S电位⽐G电位
⾼);⽽PMOS管的主回路电流⽅向为S→D,导通条件为VGS有⼀定的压差,⼀般为-5
⾼),下⾯以导通压差6V为例。
NMOS管
使⽤NMOS当下管,S极直接接地(为固定值),只需将G极电压固定值6V即可导通;若使⽤NMOS当上管,D极接正电源,⽽S极的电压不固定,⽆法确定控制NMOS导通的G极电压,因
为S极对地的电压有两种状态,MOS管截⽌时为低电平,导通时接近⾼电平VCC。
当然NMOS
也是可以当上管的,只是控制电路复杂,这种情况必须使⽤隔离电源控制,使⽤⼀个PMOS管
就能解决的事情⼀般不会这么⼲,明显增加电路难度。
PMOS管
使⽤PMOS当上管,S极直接接电源VCC,S极电压固定,只需G极电压⽐S极低6V即可导通
,使⽤⽅便;同理若使⽤PMOS当下管,D极接地,S极的电压不固定(0V或VCC),⽆法确定
控制极G极的电压,使⽤较⿇烦,需采⽤隔离电压设计。
综上所述,是Nmos的话,就S极接地。
Pmos就S极接电源。
都是给S极⼀个固定的电位。
PMOS开关管的选择与电路图
PMOS 开关管的选择与电路图
首先要进行MOSFET 的选择,MOSFET 有两大类型:N 沟道和P 沟道。
在功率系统中,MOSFET 可被看成电气开关。
当在N 沟道MOSFET 的栅极和源极间加上正电压时,其开关导通。
导通时,电流可经开关从漏极流向源极。
漏极和源极之间存在一个内阻,称为导通电阻RDS(ON)。
必须清楚MOSFET 的栅极是个高阻抗端,因此,总是要在栅极加上一个电压。
这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。
如果栅极为悬空,器件将不能按设计意图工作,并可能在不恰当的时刻导通或关闭,导致系统产生潜在的功率损耗。
当源极和栅极间的电压为零时,开关关闭,而电流停止通过器件。
虽然这时器件已经关闭,但仍然有微小电流存在,这称之为漏电流,即IDSS。
p沟道增强型mos管开关电路
p沟道增强型mos管开关电路
p沟道增强型MOS管(PMOS)是一种常用的场效应管,可以用
于开关电路。
在开关电路中,PMOS通常被用作负载开关或电压级移器。
当PMOS处于导通状态时,负载电路将被连接到电源,从而允许
电流流过。
当PMOS处于截止状态时,负载电路与电源断开,电流被
阻断。
在一个典型的PMOS开关电路中,PMOS的栅极与输入信号相连,当输入信号为高电平时(逻辑1),PMOS导通,负载电路连接到电源。
当输入信号为低电平时(逻辑0),PMOS截止,负载电路与电
源断开。
这样就实现了一个简单的开关功能。
除了基本的开关功能外,PMOS还可以用于级移器电路。
通过将PMOS与NMOS(n沟道增强型MOS管)结合使用,可以实现逻辑电平
的转换,从而将高电平转换为低电平,或者将低电平转换为高电平。
总的来说,p沟道增强型MOS管在开关电路中扮演着重要的角色,通过控制其导通和截止状态,可以实现信号的开关和级移功能。
在实际应用中,工程师们会根据具体的电路设计需求,结合PMOS的
特性和工作原理,来设计和实现各种不同功能的开关电路。
NMOSPMOS管驱动电路图
NMOS PMOS管驱动电路图Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh。
Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。
R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比拟陡直的位置。
Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V的Vce。
R5和R6是反应电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反应,从而把gate电压限制在一个有限的数值。
这个数值可以通过R5和R6来调节。
最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。
必要的时候可以在R4上面并联加速电容。
图1 用于NMOS的驱动电路这个电路提供了如下的特性:1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管。
2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。
3,gate电压的峰值限制4,输入和输出的电流限制5,通过使用适宜的电阻,可以到达很低的功耗。
6,PWM信号反相。
NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。
在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题。
DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电。
目前DC-DC转换器设计技术开展主要趋势有:〔1〕高频化技术:随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。
小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级。
〔2〕低输出电压技术:随着半导体制造技术的不断开展,微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低,这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求。
NMOS和PMOS详解以及电路设计
NMOS和PMOS详解以及电路设计一、简介MOS管,是MOSFET的缩写。
MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)。
其中,G是栅极,S是源极,D是漏极。
二、常见的nmos和pmos的原理与区别NMOSNMOS英文全称为N-Metal-Oxide-Semiconductor。
意思为N 型金属-氧化物-半导体,而拥有这种结构的晶体管我们称之为NMOS 晶体管。
MOS晶体管有P型MOS管和N型MOS管之分。
由MOS 管构成的集成电路称为MOS集成电路,由NMOS组成的电路就是NMOS集成电路,由PMOS管组成的电路就是PMOS集成电路,由NMOS和PMOS两种管子组成的互补MOS电路,即CMOS电路。
PMOSPMOS是指n型衬底、p沟道,靠空穴的流动运送电流的MOS 管。
NMOS和PMOS工作原理P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低,因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下,PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。
此外,P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高,要求有较高的工作电压。
它的供电电源的电压大小和极性,与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。
PMOS因逻辑摆幅大,充电放电过程长,加之器件跨导小,所以工作速度更低,在NMOS电路(见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后,多数已为NMOS电路所取代。
只是,因PMOS电路工艺简单,价格便宜,有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。
三、MOS管应用分析1.导通特性NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
PMOS开关电路
PMOS开关电路1、电路功能在一些手持设备中,经常要用一颗按键来实现长按开关机,短按实现功能切换的情况;并且手持设备的还要考虑功耗问题,在关机后,要尽可能的降低功耗,本文通过PMOS管来实现上述功能。
2、电路设计电路图如下图所示:本图是单节电池供电,并且用一颗电源IC将电池转换成更低的电压,供后级设备使用。
并且电路实现了第一部分所描述的功能。
3、电路分析Q6为PMOS管,当Vgs为负时,并且Vgs小于Vgs(TH)时Q6就能导通,从而为U2提供输入电压,为后级电路提供2.8V的电源。
保证Vgs为负有两个条件,两个条件满足一个,就可以使后级电路工作,其中一个条件是SW1被按下,它使G极通过二极管D9接地,从而实现PMOS的导通,当PMOS导通后,后续电路就可以进行工作,标号Key接到MCU的一个IO口上,当按键按下时,Key为低,MCU在运行时侦测Key的信号,如果低电平持续1-2秒,MCU就进行开机动作,将PwrCtrl引脚设置为高电平,使三极管Q9导通,也就是使PMOS的G极接地,此时松开按键,由于PwrCtrl的电平由MCU给出,所以PMOS 的G极仍然接地,从而实现了开机过程。
关机过程,当SW1不被按下时,Key被上拉为高,当SW1被按下时Key就被置为低,MCU就可以通过侦测到Key脚电平的变化,当SW1被按下1-2S时,MCU就可以PwrCtrl设置为低电平,断开Q9,当SW1松开时,PMOS的G极电位为VBat,Vgs就是0,所以PMOS不导通,后级电路就不能工作。
功能按键侦测,通过按下按键的时间长短来区分功能按键还是开关机按键,开机器按键可以规定按键被一致按下1-2S,功能按键要这短很多。
4、功耗手持设备对功耗要求很严格,功耗除了在是使用过程中,要考虑功耗外,还要考虑静态功耗,就是当设备不再使用时的功耗,本电路关机之后,静态功耗极小,只是Q9和Q6的静态功耗,这个静态电路是na级的。
一文详解!MOS开关管的选择及原理应用
一文详解!MOS开关管的选择及原理应用一般情况下普遍用于高端驱动的MOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。
而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V.如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。
很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
MOS管是电压驱动,按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通DS,栅极串多大电阻均能导通。
但如果要求开关频率较高时,栅对地或VCC可以看做是一个电容,对于一个电容来说,串的电阻越大,栅极达到导通电压时间越长,MOS处于半导通状态时间也越长,在半导通状态内阻较大,发热也会增大,极易损坏MOS,所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小,一般要加前置驱动电路的。
下面我们先来了解一下MOS管开关的基础知识。
01MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。
至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。
对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS.原因是导通电阻小,且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS.下面的介绍中,也多以NMOS为主。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。
在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。
顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。
02MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
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首先要进行MOSFET的选择,MOSFET有两大类型:N沟道和P沟道。
在功率系统中,MOSFET 可被看成电气开关。
当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时,其开关导通。
导通时,电流可经开关从漏极流向源极。
漏极和源极之间存在一个内阻,称为导通电阻RDS(ON)。
必须清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端,因此,总是要在栅极加上一个电压。
这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。
如果栅极为悬空,器件将不能按设计意图工作,并可能在不恰当的时刻导通或关闭,导致系统产生潜在的功率损耗。
当源极和栅极间的电压为零时,开关关闭,而电流停止通过器件。
虽然这时器件已经关闭,但仍然有微小电流存在,这称之为漏电流,即IDSS。
第一步:选用N沟道还是P沟道
为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET。
在典型的功率应用中,当一个MOSFET接地,而负载连接到干线电压上时,该MOSFET就构成了低压侧开关。
在低压侧开关中,应采用N沟道MOSFET,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。
当MOSFET连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。
通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。
第二步:确定额定电流
第二步是选择MOSFET的额定电流。
视电路结构而定,该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。
与电压的情况相似,设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流,即使在系统产生尖峰电流时。
两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。
该参数以FDN304P管DATASHEET为参考,参数如图所示:
在连续导通模式下,MOSFET处于稳态,此时电流连续通过器件。
脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。
一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。
选好额定电流后,还必须计算导通损耗。
在实际情况下,MOSFET并不是理想的器件,因为在导电过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。
MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻,由器件的RDS(ON)所确定,并随温度而显著变化。
器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算,由于导通电阻随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。
对MOSFET施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。
对系统设计人员来说,这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。
对便携式设计来说,采用较低的电压比较容易(较为
普遍),而对于工业设计,可采用较高的电压。
注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。
关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。
第三步:确定热要求
选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。
设计人员必须考虑两种不同的情况,即最坏情况和真实情况。
建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。
在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据;比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。
器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。
根据这个方程可解出系统的最大功率耗散,即按定义相等于I2×RDS(ON)。
由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。
值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。
通常,一个PMOS管,会有寄生的二极管存在,该二极管的作用是防止源漏端反接,对于PMOS而言,比起NMOS的优势在于它的开启电压可以为0,而DS电压之间电压相差不大,而NMOS的导通条件要求VGS要大于阈值,这将导致控制电压必然大于所需的电压,会出现不必要的麻烦。
选用PMOS作为控制开关,有下面两种应用:
第一种应用,由PMOS来进行电压的选择,当V8V存在时,此时电压全部由V8V提供,将PMOS关闭,VBAT不提供电压给VSIN,而当V8V为低时,VSIN由8V供电。
注意R120的接地,该电阻能将栅极电压稳定地拉低,确保PMOS的正常开启,这也是前文所
描述的栅极高阻抗所带来的状态隐患。
D9和D10的作用在于防止电压的倒灌。
D9可以省略。
这里要注意到实际上该电路的DS接反,这样由附生二极管导通导致了开关管的功能不能达到,实际应用要注意。
来看这个电路,控制信号PGC控制V4.2是否给P_GPRS供电。
此电路中,源漏两端没有接反,R110与R113存在的意义在于R110控制栅极电流不至于过大,R113控制栅极的常态,将R113上拉为高,截至PMOS,同时也可以看作是对控制信号的上拉,当MCU内部管脚并没有上拉时,即输出为开漏时,并不能驱动PMOS关闭,此时,就需要外部电压给予的上拉,所以电阻R113起到了两个作用。
R110可以更小,到100欧姆也可。