概述

負(fù)載開關(guān)電路日常應(yīng)用比較廣泛，主要用來控制后級(jí)負(fù)載的電源開關(guān)。此功能可以直接用IC也可以用分立器件搭建，分立器件主要用PMOS加三極管實(shí)現(xiàn)。本文主要討論分立器件的實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。

電路分析

如下圖所示R5模擬后級(jí)負(fù)載，Q1為開關(guān)，當(dāng)R3端口的激勵(lì)源為高電平時(shí)，Q2飽和導(dǎo)通，MOS管Q1的VGS

提出問題

當(dāng)Q1導(dǎo)通上電瞬間電容兩端電壓不能突變會(huì)出現(xiàn)很高的沖擊電流。此電流很可能會(huì)損壞MOS管或者觸發(fā)前級(jí)電源的過流保護(hù)，所以此沖擊電流并不是我們想要的。接下來給R3端口加單脈沖激勵(lì)源，觀察Q1(D)處的沖擊電流。

通過仿真觀察電流記錄數(shù)據(jù)圖表發(fā)現(xiàn)Q1(D)處的電流峰值為約20A，穩(wěn)態(tài)電流為1A。峰值較大給電路造成很大壓力，接下來我們要想辦法將此沖擊電流降下來，保障電路的安全。

故障分析

MOS的可以等效成下圖右側(cè)的電路模型，

輸入電容Ciss=Cgs+Cgd，

輸出電容Coss=Cgd+Cds，

反向傳輸電容Crss=Cgd，也叫米勒電容

MOS的啟動(dòng)波形

t0—t1階段

這個(gè)過程中，驅(qū)動(dòng)電流ig為Cgs充電，Vgs上升，Vds和Id保持不變。一直到t1時(shí)刻，Vgs上升到閾值開啟電壓Vg（th）在t1時(shí)刻以前，MOS處于截止區(qū)。

t1—t2階段

t1時(shí)刻，MOS管開始導(dǎo)通，Id開始上升了。這個(gè)時(shí)間段內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流仍然是為Cgs充電，Id逐漸上升，在上升的過程中Vds會(huì)稍微有一些下降，這是因?yàn)橄陆档膁i/dt在雜散電感上面形成一些壓降。

t2—t3階段

從t2時(shí)刻開始，進(jìn)入米勒平臺(tái)時(shí)期，米勒平臺(tái)就是Vgs在一段時(shí)間幾乎維持不動(dòng)的一個(gè)平臺(tái)。此時(shí)漏電流Id最大。且Vgs的驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)移給Cgd充電，Vgs出現(xiàn)了米勒平臺(tái)，Vgs電壓維持不變，然后Vds就開始下降了。

t3~t4階段

當(dāng)米勒電容Cgd充滿電時(shí)，Vgs電壓繼續(xù)上升，直至MOS管完全導(dǎo)通。

從上述周期看出MOS管開啟過程主要受Cgs和Cgd共同影響。如果延長開啟過程主要是延長t1—t2階段和t2—t3階段，在負(fù)載確定的情況下主要是增大Cgs和Cgd等效電容來實(shí)現(xiàn)。

仿真實(shí)踐

在原有電路中加入C3和C4 100nF電容

仿真得出啟動(dòng)時(shí)電流波形為，其中紅線為Q1的Vgs波形綠線為C4(1)測到的啟動(dòng)電流波形

明顯對(duì)比之前不加C3、C4電容時(shí)啟動(dòng)沖擊電流波形峰值下降，開通時(shí)間變長，并且尖峰后移。

調(diào)整C3和C4的值為1000nf時(shí)，效果更加明顯

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)得出增加MOS的Cgs和Cgd可實(shí)現(xiàn)開通緩啟動(dòng)功能，保護(hù)MOS不受到?jīng)_擊損壞。

?