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解析PMOS作电源开关电源电压被瞬间拉低

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    • 发布时间:2023-07-20 21:01:08
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    解析PMOS作电源开关电源电压被瞬间拉低
    PMOS管常作开关使用,如果负载是较大的容性负载,则在PMOS管开通瞬间,造成前级电源电压跌落。如下面的示例:
    MOS管 电源 电压 拉低
    图1 PMOS作电源开关,开通瞬间前级电源电压跌落
    现象描述:
    PMOS管打开时,会使前级电源VCC电压跌落。VCC_3G并联一个1000uf电容,初步判断是mos管开启瞬间充电电流引起,减小容值有比较小的改善,直接去掉后电压才不会跌落,但是这个储能电容又不能去掉,请问有无改进办法?
    其实,解决这个问题的关键,就在于降低大容量电容的充电速度。总的来说,有以下办法:
    在1000uF与PMOS管之间串联电阻或者在电容上面串联电阻;
    在PMOS管之前增加串联电阻;
    降低PMOS管的开通速度,包括在GS间并联电容或者在GD间并联电容;
    在PMOS管与电容之间串联电阻或者在电容上面串联电阻
    这种方法,其实就是降低电容的充电电流,从而减小前级电源电压的跌落。根据串联电阻的位置不同,可以分为两种,如图2所示。
    MOS管 电源 电压 拉低
    图2 在PMOS管与电容之间串联电阻或者在电容上面
    不管哪种,串联电阻均能够降低电容的充电速度,但是也相应的降低负载驱动能力。
    在PMOS管之前增加串联电阻
    这种方法,其实和上面的方法大同小异,其本质都是降低前级电源对电容的充电电流,电路及如图3所示。
    MOS管 电源 电压 拉低
    图3 在PMOS管之前增加串联电阻
    MOS管 电源 电压 拉低
    图4 在PMOS管之前增加串联电阻仿真
    其中,串联电阻大小以负载最大电流和PMOS管的最大允许电流的平均值而定。
    关于功耗计算如下:
    AO3401最大可承受30A的脉冲电流,降额一半,以15A计。取样电阻阻值计算为:0.7V/15A=46.6mOhm,取47mOhm。电路进入稳态后,电流为1A。取样电阻上功耗为47mW,与MOS管(Ron=50mOhm)相当。普通贴片电阻0603额定功率为100mW,仍有50%以上的降额幅度。
    从仿真波形看,Q1和Q2电流为0,PMOS管偏置由C1维持。
    假设单片机控制电压为5V,电源电压也为5V。整个电路耗电5V×1A=5W。
    开关控制电路耗电为:
    (47+50)mOhm×1A+(5–0.7)V^2/200kOhm
    =97mW+92.45mW=189.45mW
    占约0.18945/5=3.789%的整个电路功耗。
    降低PMOS管的开通速度,GS间并联电容或者在GD间并联电容
    这种方法则是通过控制PMOS管的沟道宽度来间接控制电容的充电电流。同样,根据并联电容的不同位置,也有两种方法:
    1.GS间并联电容
    S8050三极管未导通时,并联电容两端电压均为前级电源电压;当S8050导通后,并联电容则通过1.2K电阻R4放电,也就是PMOS管的栅极电压,当GS电压(PMOS管S大于G)满足导通阈值时,PMOS管开始逐渐导通。
    这种方法的效果跟并联电容容值,放电电阻阻值,PMOS管的GS开通阈值有关。例如,PMOS关的GS开通阈值一定时,并联电容的容值越多,效果越好。
    但是,这也是这种方法的缺点。
    2.GD间并联电容
    S8050三极管未导通时,并联电容两端电压分别为栅极VCC,漏极为高阻态;当S8050导通后,并联电容开始通过电阻R4放电,PMOS管栅极电压逐渐降低,PMOS管逐渐导通,PMOS管漏极电压升高,反过来会使与PMOS管栅极连接的并联电容的极板电压升高(并联电容放电电流流经R4的结果),又抑制PMOS管的开通,如此反复,可以使电容平稳充电。
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