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    • 發(fā)布時(shí)間:2023-01-02 17:15:03
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    電源電路,PMOS防浪涌抑制電路解析
    防浪涌抑制電路分析
    電路原理
    下圖是PMOS防浪涌電路的簡(jiǎn)化原理圖。
    首先說(shuō)為什么采用PMOS,因?yàn)樨?fù)壓開(kāi)通,可與輸入共地,若采用NMOS,可就需要charge bump才能導(dǎo)通了。
    PMOS 防浪涌 電路
    此電路的原理:
    防浪涌抑制電路的基本原理是利用場(chǎng)效應(yīng)管的電流放大特性,控制輸入電流從0逐漸增加,緩慢的為輸出側(cè)電容充電,直至場(chǎng)效應(yīng)管完全導(dǎo)通,從而避免由于輸出側(cè)電容的瞬間短路特性導(dǎo)致產(chǎn)生的大電流。
    工作過(guò)程主要分為三個(gè)階段,上電階段,C1充電階段,Cin充電階段。
    1. 上電階段
    上電瞬間,電容C1短路,PMOS管Q1的SG兩端電壓為0,Q1不導(dǎo)通,SD兩端阻抗無(wú)窮大,Cin上無(wú)電流。
    2. C1充電階段
    輸入給C1充電,充電時(shí)間常數(shù)約為R2*C1。隨著C1的充電,Q1的SG兩端電壓逐漸上升,當(dāng)達(dá)到PMOS管的開(kāi)啟電壓Vth后,Q1導(dǎo)通。
    3. Cin充電階段
    隨著C1兩端電壓逐漸升高,Q1逐漸導(dǎo)通,管子上流過(guò)的電流逐漸增加,從而給Cin進(jìn)行充電,充電時(shí)間常數(shù)為Rsd*Cin,Rsd為Q1導(dǎo)通時(shí)的等效電阻。
    當(dāng)C1兩端的電壓,達(dá)到R1兩端在輸入的分壓時(shí),充電結(jié)束。Cin兩端的電壓達(dá)到輸入電壓時(shí),充電結(jié)束。
    以上工作工程可由下圖表示。Vc1是C1兩端的電壓。Vcin是Cin兩端的電壓,Icin是Cin流過(guò)的電流。
    PMOS 防浪涌 電路
    我們來(lái)關(guān)注下電流的波形,為什么會(huì)這樣?從0增加到最大,斜率先增大,后減小,而后電流又快速下降。
    我試圖想從公式上推導(dǎo),發(fā)現(xiàn)高階微分方程太難解出了,還是感性的說(shuō)吧。
    PMOS上的電流其實(shí)主要與兩條曲線有關(guān),一個(gè)是mos的轉(zhuǎn)移特性曲線,Vsg越大,-Id越大,那么電容充電電流的波形與轉(zhuǎn)移特性一致,另一方面若不考慮mos阻抗的變化,當(dāng)作常數(shù)R,那么隨著電容電壓增加,充電電流是越來(lái)越小的。
    當(dāng)兩者達(dá)到一個(gè)平衡后,出現(xiàn)最大電流。不過(guò)電路中有寄生參數(shù),應(yīng)該不可能讓ic的電流不可導(dǎo),所以在極值點(diǎn)是平滑過(guò)渡的。
    PMOS 防浪涌 電路
    影響因素
    RC參數(shù)的影響
    要想電容充電電流小,充電慢,最簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是增大時(shí)間常數(shù),包括mos管你都可以當(dāng)作阻抗來(lái)考慮,最開(kāi)始阻抗無(wú)窮大,完全導(dǎo)通阻抗幾乎為0.
    所以可以通過(guò)調(diào)節(jié)R2,C1可控制mos開(kāi)啟電壓的上升速度,從而控制電流。當(dāng)然在調(diào)節(jié)R2時(shí),需同步調(diào)節(jié)R1,以確保電阻足夠的功率降額或者足夠的開(kāi)啟電壓。
    MOS參數(shù)的影響
    實(shí)際上,PMOS參數(shù)的差異也會(huì)影響浪涌電流,比如轉(zhuǎn)移特性和Vth。
    1)轉(zhuǎn)移特性的影響
    不同的轉(zhuǎn)移特性會(huì)導(dǎo)致相同的VSG下,導(dǎo)通電流的不同,如下圖所示。
    PMOS 防浪涌 電路
    2)Vth的影響
    不同的Vth會(huì)導(dǎo)致MOS導(dǎo)通時(shí)電流的上升速率不同。假設(shè)MOS的電流放大倍數(shù)相同,即轉(zhuǎn)移特性曲線中斜率相同,Vth不同,導(dǎo)致相同VSG下,導(dǎo)通電流不同,Vth越小,導(dǎo)通電流越大。
    PMOS 防浪涌 電路
    MOS導(dǎo)通電流越大,Cin充電電流越大。而Cin總電荷量是一定的,由Q=CU=It可知,電流大,充電時(shí)間短,峰值電流大,而電流小,充電時(shí)間長(zhǎng),峰值電流小。
    PMOS 防浪涌 電路
    測(cè)試波形
    結(jié)合實(shí)際浪涌電流波形進(jìn)行分析。上電一段時(shí)間后,回路電流快速上升,等效輸入電容充電,電流到達(dá)峰值后,由于電容電壓上升到一定值,充電電流減小,而后后級(jí)電路啟動(dòng),由于帶載,電容電壓被拉低,充電電流又會(huì)上升后回落,直到充電結(jié)束。
    在電路參數(shù)不變的情況下,不同板卡測(cè)試結(jié)果不同,可能是由于MOS管差異導(dǎo)致,而MOS管的差異在實(shí)際應(yīng)用中很難保證,所以建議調(diào)整C1,R2,R1,如增大C1或R2,R1,可減小浪涌電流。由于整個(gè)電路啟動(dòng)時(shí)間的要求,RC不能太大,浪涌電流時(shí)間一般保證在2ms左右。
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