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PMOS分立負(fù)載開關(guān)電路圖文分享-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2023-05-22 

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PMOS分立負(fù)載開關(guān)電路圖文分享-KIA MOS管


負(fù)載開關(guān)是用于開啟和關(guān)閉系統(tǒng)中的電源軌的電子繼電器。負(fù)載開關(guān)可用于多種不同的應(yīng)用,包括但不限于:


-配電

-上電時(shí)序控制和電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換

-減小待機(jī)模式下的漏電流

-控制上電時(shí)間,減少浪涌電流

-控制下電時(shí)間,避免下電太慢導(dǎo)致其他問題


前面3條是負(fù)載開關(guān)的核心,后面兩條不是所有的負(fù)載開關(guān)都具有的。


PMOS分立負(fù)載開關(guān)電路

下圖是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的分立負(fù)載開關(guān)電路,只需要用到一個(gè)PMOS管和一個(gè)GPIO信號(hào),GPIO連接到MOS管的柵極。當(dāng)GPIO為高電平時(shí),MOS管關(guān)閉。當(dāng)GPIO為低電平的時(shí)候,MOS管打開。


PMOS 分立 負(fù)載開關(guān)

這個(gè)電路最大的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單,那它的缺點(diǎn)是什么呢?


下面來看看上電過程中這個(gè)電路的實(shí)際表現(xiàn),如下圖:可以看到在開關(guān)打開過程中,輸入電源出現(xiàn)了較大的跌落。

PMOS 分立 負(fù)載開關(guān)

這是因?yàn)樵陂_關(guān)打開瞬間,輸出電容會(huì)導(dǎo)致較大的浪涌電流,從而導(dǎo)致輸入電源瞬間跌落。上面的電路中,我們已經(jīng)讓輸入電容取值是輸出電容的10倍,如果輸入電容更小,輸出電源跌落會(huì)更大。


電源電壓跌落只是不好的結(jié)果,根本點(diǎn)是浪涌電流。為了方便看出浪涌電流的大小,我們先將1Ω負(fù)載電阻去掉,然后觀察到開關(guān)導(dǎo)通過程中的表現(xiàn)如下:

PMOS 分立 負(fù)載開關(guān)

可以看出,僅4.7uF的電容,就會(huì)產(chǎn)生將近2A的浪涌電流。而浪涌電流大小是跟電容值成正比的。如果輸出電容增大,浪涌電流可能會(huì)更大。(INRUSH=CLOAD*dV/dt)


大的浪涌電流會(huì)導(dǎo)致輸入電源電壓下降、如果該輸入電源還給其他模塊供電,可能會(huì)導(dǎo)致其他模塊因?yàn)榈蛪簩?dǎo)致復(fù)位。另外大的浪涌電流也可能導(dǎo)致芯片\連接器\PCB等過流發(fā)熱損壞。


另外用PMOS作為開關(guān)還有一個(gè)缺點(diǎn),輸入電壓最大值有限制,如下圖,Vgate-VIN要小于VGS(th),比如VGS(th)min=-1V,Vgate=3.3V,則VIN不能超過4.3V,否則MOS將會(huì)一直打開,無法關(guān)閉。

PMOS 分立 負(fù)載開關(guān)

上述電路可以在MOS管柵極串聯(lián)一個(gè)電阻來降低浪涌電流,如下圖:

PMOS 分立 負(fù)載開關(guān)

串聯(lián)電阻與GS之間的電容組成RC電路,可以MOS管的開關(guān)時(shí)間變長,從而使輸出電壓上升速度變慢,根據(jù)IINRUSH=CLOAD*dV/dt,dt增大,IINRUSH會(huì)減小。


實(shí)際測(cè)試結(jié)果如下:

PMOS 分立 負(fù)載開關(guān)

可以看出,加了20k串阻后,電壓跌落很小。在PMOS的柵極上增加串阻有助于增加輸出的上升時(shí)間,同時(shí)也增加了PMOS關(guān)閉時(shí)的下降時(shí)間。對(duì)于需要快速釋放輸出負(fù)載以加快系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)來說,這可能是一個(gè)缺點(diǎn)。



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