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MOS管电源开关?没想的那么简单

发布时间:2021/12/29 13:48:00

来源:http://www.szinter.com.cn/news746026.html

本认为工作中很多年了,在制定中应当没犯啥低等不正确,但是不如人意...

近期有一颗用了挺久的MOSFET发过停工通告,供应链管理单位寻找大家研发部,说经销商强烈推荐了此外一型号规格的做为兼容取代,必须研发部剖析一下。我粗略地扫了一下说明书,Vds,Id,Vgs(th)这种基本参数没很大差别,总之目前的运用远没做到元器件的極限,因此立即更换是没啥问题的。本认为这事就是这样结了,但是为了更好地给2021年校招进来的新朋友锻练的机遇,业务经理或是分派了做详尽兼容取代剖析的每日任务给新朋友A君。

結果过去了二天A君忽然找到我:蒋工,这一取代的MOS管在你的最新项目上取代不上。

我:???不会吧,这不是15A的MOS管么,我这均值电流才到6A,最高值电流都不超出8A,为什么会用不上?尽管取代的MOS管导通电阻器增加了好多个毫欧,我算了吧下损耗输出功率也没增加过多,不应该有什么问题的。

A君:并不是,别的主要参数都没什么问题,较大单脉冲电流超标准了,取代的MOS管此项指标值仅有40A,以前那个是80A,这个最新项目测出去有60A。

我:不太可能,这电路用了太久了,一直都没有过问题,最新项目尽管功能损耗增加了一些,但不可有那么大单脉冲电流,由于板上的大电容总容积又没增加是多少,是不是你测不对?

A君:那么你回来看一下。

啪~~~~~我的脸...

不便是MOS管电源开关电路嘛,So easy,闭着眼睛也可以设计方案出去。这儿用的是PMOS,因此只需把栅压下拉到源极,再根据一个电源开关操纵把栅压拖到地,那样电源开关关断的情况下MOS管也关断,极致。

随后就拥有下边这一检测結果:淡黄色迹线是漏极电流,蓝紫色是漏极工作电压,深蓝色是源极工作电压,翠绿色是电源开关也就能,橘黄色用漏极工作电压乘于漏极电流获得输出功率。是的我并没有看错,电源开关关断的一瞬间漏极电流较大会到60A!此次取代的MOS管较大单脉冲电流是40A,那样来看这一设计方案的确不安全。

可我还是不服,这一电路之前也使用过,也详尽测完不太可能发生这么大的单脉冲电流,尽管最新项目在MOS管后边增加了一些电容,但电容总容积具体没增加过多,即使通电一瞬间电池充电也不大可能造成这么大电流才对,一定是什么地方出错了。

最新项目的功能损耗增加了大约30%,开关电源树形结构与以前的也是有很大的差别,但是设计方案时并沒有扩大板级的大中型储能技术电容容值,反而是放了大量容积稍小但特性更强的MLCC(双层瓷砖电容)到个负荷开关电源周边以得到更快的实际效果。

难道说是多,的这种MLCC在搞鬼?先模拟仿真认证一下看一下。

由于电容的ESL经常导致模拟仿真結果发生振荡,因此这儿电容仅用了ESR,元器件主要参数并并不是具体的值,但是充足表明问题了。当电容有一端沒有确立收到某一工作电压的情况下,如果不人为因素设置一下原始工作电压,通常会导致模拟仿真結果不正确,这儿在C3上并了一个R5便是出自于这类考虑到。为了更好地仿真模拟冲击电流导致的开关电源起伏,这儿还对总开关电源和电源插头使用了简易模型。

模拟仿真結果能够看见通电一瞬间冲击电流有22A上下,算是在可控性的范畴内。

如今把罪恶的MLCC再加上再试一下,对比于470uF的电解法电容,MLCC仅有22uF,随后...60A的冲击电流,增加了近3倍?!电容量增加还不上1/10,冲击电流增加了那麼几倍,那样车翻,我认还不好么。

如果不应用MLCC而仅仅扩大电解法电容的容积,就增加到2200uF吧,翻了4倍多呢,結果单脉冲电流最高值才24A,仅仅全部电池充电全过程拉长了。

这就是电容ESR搞鬼造成的,应用ESR比较大的电解法电容时,ESR限制住了流过电容的较大电流,因此冲击电流并不会很大;而ESR十分小的MLCC,在开关电源接入的一瞬间几近立即短路到地,因此会发生较大的冲击电流。

我此次算得上输给了判断力,直觉觉得电容量确定了冲击电流,而事实上ESR才核心冲击电流的最高值,电容量大量的是决策电池充电的总动能(换句话说电流与時间的相乘)。

罪魁祸首找到,如今的问题是怎样整顿,非常简单的整顿方式便是给MOS管加缓运行电路。缓启动电路之前也没少用,但是此次设计方案懒惰,判断力又感觉不容易出问题,因此就没再加上去,結果翻车了。

MOS管缓运行电路的构思比较简单,灵活运用MOS管的线形区,不必让MOS管忽然从截止到跳到饱和状态就可以了,也就是要给Vgs迟缓转变而不是基因突变,那样MOS管在通电全过程中等同于一个可变的电阻器,可以温婉地给负荷电容电池充电而不是一口气吃一个胖子。

电容两直流电压不可以基因突变,因此在MOS管的栅压和源极中间跨接线一个电容,栅压根据电阻器或是直流电源迟缓对电容充放电而不是简单直接电源开关接短收到地,那样就能让Vgs迟缓转变了。

模拟仿真結果还不错,冲击电流从60A降至了不上15A,彻底不必担心MOS管 ** 。尽管缓运行增加了通电延迟,但是针对总闸而言沒有太严谨的通电时钟频率规定,也无所谓了问题。

但是没完没了,这一缓运行电路还会继续有另一个非常大的问题便是断电延迟,并且比通电延迟要比较严重的多(这应当非常容易想搞清楚)。好在我这儿是总闸,因此断电延迟也不是哪些比较严重的问题,但是如果是用MOS管做严谨的左右电时钟频率操纵,这就是个很严重的问题了。对时钟频率操纵规定高的场所,或是用专业的负荷电源开关去解决吧,公司分立MOS电源开关搞起来就太瞎折腾了。

自然这套简易的缓运行电路缺陷也有许多,具体应用中还得依据具体情况做好调节,电路还会继续更繁杂(例如在栅源间跨接线二极管处理源极开关电源忽然断电又修复时,电路锁住在以前情况的问题),这儿就不会再进行了。

具体电路中添加缓运行电路再检测,和预估的一样有很大的改进。

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