PMOS功率管开关电路设计.docx
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PMOS开关管电路设计指南V1.0
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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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