PMOS功率管开关电路设计.docx

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PMOS功率管开关电路设计

PMOS开关管电路设计指南V1.0  PAGE \* MERGEFORMAT 7 PMOS开关管电路设计指南 2013/7/18 本文档的目的 1)能够根据本指南进行PMOS管开关电路设计 更新说明 序号修改项修改理由修改人修改日期1无首版2013/7/182 目录  TOC \o 1-3 \h \z \u  HYPERLINK \l _Toc394479588 一、 NMOS管等效电路  PAGEREF _Toc394479588 \h 4  HYPERLINK \l _Toc394479589 二、 公司固定传感器控制盒PMOS开关电路分析  PAGEREF _Toc394479589 \h 4  PMOS开关管电路设计指南 NMOS管等效电路 B) 图2 NMOS管等效模型 驱动G极时,因为输入电容Ciss(Cgd+Cgs)的存在,要求电压变化快,i=Cdu/dt,当G极电流大时,du/dt也大,增大开关速度。 根据B图,功率MOS管内部存在等效三极管,当S接地,刚上电时,三极管会导通,且电流有可能过大,所以,最好D极有缓启动电路保护。 根据A图,反向寄生二极管有可能被正向或反向击穿。反向击穿有可能因为D极部分,当电源开启时会有冲击电流,因为线上电感原因,U = Ldi/dt,导致U过大。正向击穿,可能因为S极在关电时,因为线上电感原因,造成U过大;或者线上串入能量较大干扰电压,导致寄生二极管正向通道电流过大,烧毁寄生二极管,从而造成MOS管失效。 控制盒PMOS开关电路分析 1、小电流切换电路 B) 图3 5V激光器驱动电路和24V LED灯驱动电路 1、电路A: 1)三极管集电极电阻过大,导致开关速度不高;考虑是激光器驱动电路,正好使用这个缓启动功能。 2)MOS管损坏过,现象是能够正常开启MOS管,但不能完全关断MOS管,怀疑是MOS管寄生二极管损坏导致。 解决办法, a)更换Vds较大的MOS管(IRLML5203,Vds最大30V,而6401的Vds最大12V)b)电源处增加缓启动 c)D端增加5V TVS d)在输出端口增加电阻等措施 e)去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管,如有可能,在输出放置防反接二极管。 2、电路B 1)24V驱动电路,导通时Vgs过大,影响PMOS管寿命 解决办法:修改R13为10K,R11为20K,Vgs最大为-8V 2)电源上电有可能Vgs过大,在G、S极增加一个8V稳压二极管保护 3)IRF9393的最大Vds约55V,更改为IRF6217,最大Vds变为150V 4)在D极增加24V TVS 5)在输出端口增加电阻等措施 6)去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管,如有可能,在输出放置防反接二极管。 图4 改进后的PMOS输出接口电路 电路图3-B选型: 滤波可以选择简单的高频滤波,比如磁珠构成的π型滤波电路 TVS选择SD24C 电阻选择2.2ohm,0805封装,当电流增大到20A,电阻压降为44V,之后压敏电阻导通,完成放浪涌。压敏电阻选择14K390(片径14mm,v1mA =39V)。 1N4004在150mA时,VF=0.8V,加上24V电源入口的1N4004,压降1.6V左右。 缓启动电路如图5 图5 改进后的图3-B电路 说明: 三极管OC电路部分,R4、C2构成低通滤波,延缓控制速度 增加C1,上电时U1的G极高电平 可以在R7之后再增加一个R(10K)和C(1u),起到外部24V给电之后的防冲击保护。 这里的24V推荐是输入滤波完成之后24V 图6 PMOS管导通波形 分析: 电流Id 160us从0上升到89mA,di/dt =556.25,假设线路L=1uH,电压为0.55625mV,没有影响。 Vd上升和Id几乎同步 Vg从24V到18.8V,下降时间600us,期间Vd*Id=48mA*(24-5.5)V=约1W,MOS管瞬时功耗较大,按照1ms,能量为1mJ。此PMOS管最大功耗2.5W,Eas=15mJ。 可以按照零极点分析方法,分析MOS管G、D极稳定性。在G极和S极之间增加稳压管,在S、D之间增加RC电路明显增加系统的稳定性。 零点不影响系统稳定性;极点如果在s平面的左平面部分,系统稳定。如果极点非常靠近虚轴j,则系统有可能不稳定,建议调整,使极点远离j轴。

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