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 TVS

d）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B

1）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-8V

2）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150V

4）在D极增加24V TVS

5）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。

图4 改进后的PMOS输出接口电路

电路图3-B选型：

1）滤波可以选择简单的高频滤波，比如磁珠构成的π型滤波电路

2）TVS选择SD24C

3）电阻选择2.2ohm，0805封装，当电流增大到20A，电阻压降为44V，之后压敏电阻导通，完成放浪涌。压敏电阻选择14K390（片径14mm，v1mA =39V）。4）1N4004在150mA时，VF=0.8V，加上24V电源入口的1N4004，压降1.6V左右。

5）缓启动电路如图5

图5 改进后的图3-B电路

说明：

1）三极管OC电路部分，R4、C2构成低通滤波，延缓控制速度

2）增加C1，上电时U1的G极高电平

3）可以在R7之后再增加一个R（10K）和C（1u），起到外部24V给电之后的防冲击保护。

4）这里的24V推荐是输入滤波完成之后24V

图6 PMOS管导通波形

分析：

1）电流Id 160us从0上升到89mA，di/dt =556.25，假设线路L=1uH，电压为0.55625mV，没有影响。

2）Vd上升和Id几乎同步

3）Vg从24V到18.8V，下降时间600us，期间Vd*Id=48mA*(24-5.5)V=约1W，MOS管瞬时功耗较大，按照1ms，能量为1mJ。此PMOS管最大功耗2.5W，Eas=15mJ。

4）可以按照零极点分析方法，分析MOS管G、D极稳定性。在G极和S极之间增加稳压管，在S、D之间增加RC电路明显增加系统的稳定性。

5）零点不影响系统稳定性；极点如果在s平面的左平面部分，系统稳定。如果极点非常靠近虚轴j，则系统有可能不稳定，建议调整，使极点远离j轴。