MOS管开关电源-浅析MOS管是若何节制电源到达缓启动目标的-KIA MOS管
信息来历：本站 日期：2019-06-14
MOS管最罕见的利用能够或许或许是电源中的开关元件，另外，它们对电源输入也大有裨益。办事器和通信装备等利用普通都设置装备摆设有多个并行电源，以撑持N+1 冗余与延续任务 (图1)。各并行电源均匀分管负载，确保体系即便在一个电源呈现毛病的环境下依然能够或许或许延续任务。
不过，这类架构还须要一种体例把并行电源的输入毗连在一路，并保障某个电源的毛病不会影响到别的的电源。在每一个电源的输入端，有一个功率MOS管能够或许让众电源分管负载，同时各电源又相互断绝 。起这类感化的MOS管被称为"ORing"FET，因为它们实质上是以 "OR" 逻辑来毗连多个电源的输入。
在电信财产和微波电路设想范畴，遍及利用MOS管节制打击电流的方到达电流缓启动的目标。MOS管有导通阻抗Rds_on低和驱动简略的特色，在四周加上少许元器件就能够或许组成迟缓启动电路。固然电路比拟简略，但只要吃透MOS管的相干开关特征后能力对这个电路有深切的懂得。
虽然MOSFET在开关电源、机电节制等一些电子体系中获得普遍的利用，可是很多电子工程师并不很是清晰的懂得MOSFET开关进程，和MOSFET在开关进程中所处的状况普通来讲，电子工程师凡是基于栅极电荷懂得MOSFET的守旧的进程，如图1所示此图在MOSFET数据表中能够或许查到。
图1 AOT460栅极电荷特征
MOSFET的D和S极加电压为VDD，当驱动守旧脉冲加到MOSFET的G和S极时，输入电容Ciss充电，G和S极电压Vgs线性回升并到达门坎电压VGS(th)，Vgs回升到VGS(th)之前漏极电流Id≈0A，不漏极电流流过，Vds的电压坚持VDD稳定。
当Vgs到达VGS(th)时，漏极起头流过电流Id，而后Vgs延续回升，Id也逐步回升，Vds依然坚持VDD当Vgs到达米勒平台电压VGS(pl)时，Id也回升到负载电流最大值ID，Vds的电压起头从VDD降落。米勒平台时代，Id电流坚持ID，Vds电压不时降落。
米勒平台竣事时辰，Id电流依然坚持ID，Vds电压降落到一个较低的值米勒平台竣事后，Id电流依然坚持ID，Vds电压延续降落，但此时降落的斜率很小，是以降落的幅度也很小，最初稳定在Vds=Id×Rds(on)是以凡是能够或许以为米勒平台竣事后MOSFET根基上已导通。
对上述的进程，懂得难点在于为甚么在米勒平台区，Vgs的电压恒定？驱动电路依然对栅极供给驱动电流，依然对栅极电容充电，为甚么栅极的电压不回升？并且栅极电荷特征对抽象的懂得MOSFET的守旧进程并不直观是以，上面将基于漏极导通特征懂得MOSFET守旧进程。
MOSFET的漏极导通特征如图2所示MOSFET与三极管一样，当MOSFET利用于缩小电路时，凡是要利用此曲线研讨其缩小特征只是三极管利用的基极电流、集电极电流和缩小倍数，而MOSFET利用栅极电压、漏极电流和跨导。
图2 AOT460的漏极导通特征
三极管有三个任务区：停止区、缩小区和饱和区，MOSFET对应是关断区、恒流区和可变电阻区注重：MOSFET恒流区偶然也称饱和区或缩小区当驱动守旧脉冲加到MOSFET的G和S极时，Vgs的电压逐步下降时，MOSFET的守旧轨迹A-B-C-D如图3中的线路所示
图3 AOT460的守旧轨迹
守旧前，MOSFET肇端任务点位于图3的右下角A点，AOT460的VDD电压为48V，Vgs的电压逐步下降，Id电流为0，Vgs的电压到达VGS(th)，Id电流从0起头逐步增大A-B便是Vgs的电压从VGS(th)增添到VGS(pl)的进程从A到B点的进程中，能够或许很是直观的发明，此进程任务于MOSFET的恒流区，也便是Vgs电压和Id电流主动找平衡的进程，即Vgs电压的变更伴跟着Id电流响应的变更，其变更干系便是MOSFET的跨导：Gfs=Id/Vgs，跨导能够或许在MOSFET数据表中查到。
当Id电流到达负载的最大许可电流ID时，此时对应的栅级电压Vgs(pl)=Id/gFS因为此时Id电流恒定，是以栅极Vgs电压也恒定稳定，见图3中的B-C，此时MOSFET处于相对稳定的恒流区，任务于缩小器的状况守旧前，Vgd的电压为Vgs-Vds，为负压，进入米勒平台，Vgd的负电压相对值不时降落，过0后转为正电压驱动电路的电流绝大局部流过CGD，以打扫米勒电容的电荷，是以栅极的电压根基坚持稳定Vds电压降落到很低的值后，米勒电容的电荷根基上被打扫，即图3中的C点。
因而，栅极的电压在驱动电流的充电下又起头下降，如图3中的C-D，使MOSFET进一步完整导通C-D为可变电阻区，响应的Vgs电压对应着必然的Vds电压Vgs电压到达最大值，Vds电压到达最小值，因为Id电流为ID恒定，是以Vds的电压即为ID和MOSFET的导通电阻的乘积基于MOSFET的漏极导通特征曲线能够或许直观的懂得MOSFET守旧时，逾越关断区、恒流区和可变电阻区的进程米勒平台即为恒流区，MOSFET任务于缩小状况，Id电流为Vgs电压和跨导乘积电路道理详细申明：MOS管是电压节制器件，其极间电容等效电路如图4所示。
图4. 带外接电容C2的N型MOS管极间电容等效电路
MOS管的极间电容栅泄电容Cgd、栅源电容Cgs、漏源电容Cds能够或许由以下公式肯定：
R2由许可打击电流决议：
此中Vmax为最大输入电压，Cload为C3和DC/DC电源模块外部电容的总和，Iinrush为许可打击电流的幅度。
图5 有源打击电流限定法电路
D1是一个稳压二极管，用来限定MOS管 Q1的栅源电压。元器件R1，C1和D2用来保障MOS管Q1在刚上电时坚持关断状况。详细环境是：上电后，MOS管的栅极电压要渐渐回升，当栅源电压Vgs高到必然水平后，二极管D2导通，如许一切的电荷都给电容C1以时候常数R1×C1充电，栅源电压Vgs以不异的速率回升，直到MOS管Q1导通发生打击电流。以下是计较C1和R1的公式：
此中Vth为MOS管Q1的最小门坎电压，VD2为二极管D2的正向导通压降，Vplt为发生Iinrush打击电流时的栅源电压。Vplt能够或许在MOS管供给商所供给的产物材料里找到。MOS管挑选以下参数对有源打击电流限定电路的MOS管挑选很是主要：l 漏极击穿电压 Vds 必须挑选Vds比最大输入电压Vmax和最大输入瞬态电压还要高的MOS管，对通信体系顶用的MOS管，普通挑选Vds≥100V。
栅源电压Vgs稳压管D1是用来掩护MOS管Q1的栅极以防止其过压击穿，明显MOS管Q1的栅源电压Vgs必须高于稳压管D1的最大反向击穿电压。普通MOS管的栅源电压Vgs为20V，保举12V的稳压二极管。l 导通电阻Rds_on.MOS管必须能够或许或许耗散导通电阻Rds_on所引发的热量，热耗计较公式为：
此中Idc为DC/DC电源的最大输入电流，Idc由以下公式肯定：
此中Pout为DC/DC电源的最大输入功率，Vmin为最小输入电压，η为DC/DC电源在输入电压为Vmin输入功率为Pout时的效力。η能够或许在DC/DC电源供给商所供给的数据手册里查到。MOS管的Rds_on必须很小，它所引发的压降和输入电压比拟能力够疏忽。
图6有源打击电流限定电路在75V输入，DC/DC输入空载时的波形。
在ORing FET利用中，MOS管的感化是开关器件，可是因为办事器类利用中电源不中断任务，这个开关现实上一直处于导通状况。其开关功效只阐扬在启动和关断，和电源呈现毛病之时 。
比拟处置以开关为焦点利用的设想职员，ORing FET利用设想职员明显必需存眷MOS管的差别特征。以办事器为例，在一般任务时代，MOS管只相称于一个导体。是以，ORing FET利用设想职员最关怀的是最小传导消耗。
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