MOS管做開關是一種常用的方式,在電路中比較常用的是一個三極管加一個MOS管,或者一個NMOS加一個PMOS。常用電路如圖所示。本文分析基于圖2電路引起的MOS管做開關對輸入端電源的影響。
圖1 三極管加MOS管形式開關電路
圖2 NMOS加PMOS形式開關電路
在使用圖2做電源開關時,檢測電源的波形發(fā)現,在開關導通的過程中對電源的輸入端有一個電源下拉的現象。其使用環(huán)境為,輸入電壓為DC5V,輸出DC5V,開關控制為LVTTL電平(3.3V)。其檢測的情況如下所示。
MOS管緩沖電容對電源開關的影響
當沒有添加緩沖電容(圖中C305,C302,C304,C303)的時候,其對電源下拉到4.2V以下。其檢測波形如圖3所示;
當只添加前端緩沖電容(C302,C305)時其電源下拉情況明顯改善,電源下拉到4.5V左右,其檢測波形如圖4所示;
當只添加后端緩沖電容(C303,C304)時,其電源下拉情況也得到明顯的改善,電源下拉到4.7V左右,其波形如圖5所示;
當前后端緩沖電容(C305,C302,C304,C303)都加上時,其電源下拉情況和只添加后端電容時,區(qū)別不大。
MOS管緩沖電阻對電源開關的影響
這里的緩沖電阻只測試了后端MOS管的緩沖電阻(R112)對電源開通時的影響。其測試條件為圖2種有后端緩沖電容的情況。
當緩沖電阻(R112)為1K時,其后端電壓上升時間為2.2ms,下拉影響在4.7V左右,波形上有明顯的下拉跡象,波形如所示;
當緩沖電阻(R112)為12K時,其后端電壓上升時間為19ms,下拉影響在4.8V左右,波形上沒有有明顯的下拉跡象,波形如所示;
問題原理分析
MOS管做開關時對電源有一個固有的下拉現象,但可以通過控制MOS管的緩沖電阻、電容來改變MOS管的開通時間,從而控制電源下拉的幅度以及波形的平緩程度。
找到一個MOS管的開關時間的波形圖,可以支撐上面的推論。其圖如下所示。
圖8 MOS管開關時間測試電路與波形
其開關波形過程分析如下所示:
當還沒發(fā)下拉脈沖時,VGS=0,VDS=-VDD,此時MOS管關斷;
當發(fā)送下拉脈沖時,VGS逐漸減小,VDS逐漸增加,此時MOS管開通,穩(wěn)定時,VGS<0,VDS=0(PMOS的導通條件是VGS<0);
MOS管做開關時,對電源下拉就是這個VDS上升與VGS下降造成的,,而下拉幅度就是滿值到VDS與VGS的交叉點。
而在一個固定的電路中,最初與最終的VGS、VDS值是固定了的,我們能改變的就是Td(on)與Tr值(即我們可以通過外面的緩沖電阻與電容調節(jié)開關的導通時間)。當Td(on)與Tr值增大后,VGS與VDS的交叉點就相應往上抬了,則開通時對電源的下拉幅度就會小一些。
用MOS管做開關時,對電源的下拉是必然有,但我們可以調節(jié)其下拉的幅度,因此電路中建議預留處緩沖電容與電壓的位置(根據自己需要保留其一個或者全留)。
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