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PMOS开关管的作业原理和怎么进行挑选

PMOS开关管的工作原理和如何进行选择-在电路中常见到使用MOSFET场效应管作为开关管使用。下面举例进行说明。

电路中常见到运用MOSFET场效应管作为开关管运用。下面举例进行阐明。

PMOS开关管的作业原理和怎么进行挑选

图1 如图1所示,运用了P沟道的内置二极管的电路,此处二极管的首要效果是续流效果,电路是锂电池充放电电路,当外部电源断开时选用Li电池进行内部供电,即+5V电源断开后Q1的G极为低电平,S极和D极导通,为体系供电。图中D2和D3的一方面是降压的效果,使5V降为4V(D2为锗管压降为0.2V,D3硅管压降为0.7V)。

图2 图2 作业原理同图1,也运用了内置续流二极管的P沟道MOSFET

图3 图3运用了内置续流二极管的N沟道的MOSFET

此电路是使用于开关时序的,当3.3V_SB为低电平时Q18、Q19不导通,5V时钟数据转3.3V时钟数据不导通;当3.3V_SB为高电平时5V时钟数据转3.3V时钟数据。

选用N沟道仍是P沟道确认额外电流确认热要求:首先要进行MOSFET的挑选,MOSFET有两大类型:N沟道和P沟道。在功率体系中,MOSFET可被当作电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时,其开关导通。导通时,电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻,称为导通电阻RDS(ON)。

有必要清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端,因而,总是要在栅极加上一个电压。这便是后边介绍电路图中栅极所接电阻至地。假如栅极为悬空,器材将不能按规划目的作业,并可能在不恰当的时间导通或封闭,导致体系发生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时,开关封闭,而电流中止经过器材。尽管这时器材现已封闭,但仍然有细小电流存在,这称之为漏电流,即IDSS。

第一步:选用N沟道仍是P沟道

为规划挑选正确器材的第一步是决议选用N沟道仍是P沟道MOSFET。在典型的功率使用中,当一个MOSFET接地,而负载连接到干线电压上时,该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中,应选用N沟道MOSFET,这是出于对封闭或导通器材所需电压的考虑。当MOSFET连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。一般会在这个拓扑中选用P沟道MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。

第二步:确认额外电流

第二步是挑选MOSFET的额外电流。视电路结构而定,该额外电流应是负载在所有状况下能够接受的最大电流。与电压的状况类似,规划人员有必要保证所选的MOSFET能接受这个额外电流,即便在体系发生尖峰电流时。两个考虑的电流状况是接连形式和脉冲尖峰。该参数以FDN304P管DATASHEET为参阅,参数如图所示:

在接连导通形式下,MOSFET处于稳态,此刻电流接连经过器材。脉冲尖峰是指有很多电涌(或尖峰电流)流过器材。一旦确认了这些条件下的最大电流,只需直接挑选能接受这个最大电流的器材便可。

选好额外电流后,还有必要核算导通损耗。在实践状况下,MOSFET并不是抱负的器材,因为在导电过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻,由器材的RDS(ON)所确认,并随温度而明显改变。器材的功率耗费可由Iload2×RDS(ON)核算,因为导通电阻随温度改变,因而功率耗费也会随之按份额改变。对MOSFET施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。对体系规划人员来说,这便是取决于体系电压而需求折中权衡的当地。对便携式规划来说,选用较低的电压比较简略(较为遍及),而关于工业规划,可选用较高的电压。留意RDS(ON)电阻会跟着电流细微上升。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数改变可在制造商供给的技术材料表中查到。

第三步:确认热要求

挑选MOSFET的下一步是核算体系的散热要求。规划人员有必要考虑两种不同的状况,即最坏状况和真实状况。主张选用针对最坏状况的核算成果,因为这个成果供给更大的安全余量,能保证体系不会失效。在MOSFET的材料表上还有一些需求留意的丈量数据;比方封装器材的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。

器材的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。依据这个方程可解出体系的最大功率耗散,即按界说相等于I2×RDS(ON)。因为规划人员已确认即将经过器材的最大电流,因而能够核算出不同温度下的RDS(ON)。值得留意的是,在处理简略热模型时,规划人员还有必要考虑半导体结/器材外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会当即升温。

一般,一个PMOS管,会有寄生的二极管存在,该二极管的效果是避免源漏端反接,关于PMOS而言,比起NMOS的优势在于它的敞开电压能够为0,而DS电压之间电压相差不大,而NMOS的导通条件要求VGS要大于阈值,这将导致操控电压必定大于所需的电压,会呈现不必要的费事。选用PMOS作为操控开关,有下面两种使用:

第一种使用,由PMOS来进行电压的挑选,当V8V存在时,此刻电压悉数由V8V供给,将PMOS封闭,VBAT不供给电压给VSIN,而当V8V为低时,VSIN由8V供电。留意R120的接地,该电阻能将栅极电压稳定地拉低,保证PMOS的正常敞开,这也是前文所描绘的栅极高阻抗所带来的状况危险。D9和D10的效果在于避免电压的倒灌。D9能够省掉。这儿要留意到实践上该电路的DS接反,这样由附生二极管导通导致了开关管的功用不能到达,实践使用要留意。

来看这个电路,操控信号PGC操控V4.2是否给P_GPRS供电。此电路中,源漏两头没有接反,R110与R113存在的含义在于R110操控栅极电流不至于过大,R113操控栅极的常态,将R113上拉为高,到PMOS,一起也能够看作是对操控信号的上拉,当MCU内部管脚并没有上拉时,即输出为开漏时,并不能驱动PMOS封闭,此刻,就需求外部电压给予的上拉,所以电阻R113起到了两个效果。R110能够更小,到100欧姆也可。

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