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  • 怎么用雙MOS設(shè)計分立式負載開關(guān)
    • 發(fā)布時間:2024-08-17 19:27:53
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    怎么用雙MOS設(shè)計分立式負載開關(guān)
    基于單個MOSFET拓撲的負載開關(guān)只能阻斷一個方向的電流,由于MOSFET有一個固有的體二極管,如果存在反向電流,它們的作用就像處于導通狀態(tài)的二極管。
    在一些應(yīng)用中,需要能夠阻斷兩個方向的電流,例如電池驅(qū)動應(yīng)用,其中應(yīng)防止電池在充電器連接器側(cè)短路等故障情況下放電,或在電氣故障導致連接電纜和交流適配器泄露的情況下放電。
    €1.具有反向電流保護的共漏極負載開關(guān),共漏雙NMOS
    更全面的負載開關(guān)功能包括反向電壓保護、反向電流保護,這些可以用共漏極或共源極配置的MOSFET實現(xiàn)。
    阻斷反向電流的常見方法是使用二極管。但是使用MOSFET負載開關(guān)可以更有效地實現(xiàn)該功能。為了實現(xiàn)兩個電流方向的阻斷,必須將兩個MOSFET以相反的極性串聯(lián)。如圖4-1和 圖4-2 ,在這種情況下,如果不是兩個FET都打開,那么其中總有一個體二極管可以阻斷對向的電流。這種方法允許創(chuàng)建兩種反向驅(qū)動保護負載開關(guān)的替代拓撲,背靠背連接漏極或源極,稱為共漏極或共源極。
    雙MOS設(shè)計分立式負載開關(guān)
    圖4-1:反向電流保護共漏雙NMOS負載開關(guān)
    圖4-1為共漏極雙NMOS高邊負載開關(guān),與單NMOS高邊負載開關(guān)一樣,需要有高于Vin的HV_Ctrl驅(qū)動。
    雙MOS設(shè)計分立式負載開關(guān)
    圖4-2:反向電流保護共漏雙PMOS負載開關(guān)
    圖4-2為共漏極雙PMOS高邊負載開關(guān),與單PMOS高邊負載開關(guān)一樣,Ctrl端需要可以達到接近等于或高于Vin的電平,若不能直接施加,則需要增加一個三極管或者MOS管驅(qū)動G極。
    €2.具有反向電流保護的共源極負載開關(guān),共源雙NMOS
    共源極拓撲需要訪問MOSFET之間的源極連接,G極必須在MOS開啟保持電位高于S極,見圖4-3和 圖4-4 。因為公共源極可能會浮動,如果在沒有加偏置電阻鉗固電位差的情況下,兩個NMOS均無法開啟。因為Ctrl處的電壓不低,鉗固電阻可以盡量往高值取,比如1MΩ。
    雙MOS設(shè)計分立式負載開關(guān)
    圖4-3:反向電流保護共源雙NMOS負載開關(guān)
    圖4-3為共源極雙NMOS高邊負載開關(guān),與單NMOS高邊負載開關(guān)一樣,需要有高于Vin的HV_Ctrl驅(qū)動。
    雙MOS設(shè)計分立式負載開關(guān)
    圖4-4:反向電流保護共源雙PMOS負載開關(guān)
    圖4-4為共源極雙PMOS高邊負載開關(guān),與單PMOS高邊負載開關(guān)一樣,Ctrl端需要可以達到接近等于或高于Vin的電平,若不能直接施加,則需要像上節(jié)一樣增加一個三極管或者MOS管驅(qū)動G極。
    €3.選型和使用注意
    因為僅限于使用在高邊開關(guān)場景,那么從之前的講解中可以知道,這里從設(shè)計復雜度上不建議使用NMOS,建議使用雙PMOS共漏或共源設(shè)計,相關(guān)計算和單PMOS負載開關(guān)相似,這里不再舉例。需要注意的是,兩個MOS盡量需要保持型號相同,如果選用的兩個不一樣,可能會因為一致性差的原因?qū)е聝蓚€MOS關(guān)閉時間不一致或者開啟關(guān)閉時產(chǎn)生振蕩。
    €4. 小結(jié) ***
    本節(jié)基于防正向電流泄漏+防反向電流保護的需要,在單個MOS負載開關(guān)的基礎(chǔ)上,利用MOS體二極管的特性,設(shè)計出分立式兩防負載開關(guān)電路。大家可能有疑問,為什么共漏或共源開關(guān)只有高邊類型而沒有低邊類型,其實是因為反向電流的產(chǎn)生都源自于負載,那么低邊開關(guān)斷開的是負載和GND,GND處自然就不會產(chǎn)生反向電流,那么低邊開關(guān)也就不需要反向電流保護,一個MOS就可以了。
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