MOS管应用在缓启中电路差异带来的影响

  • 缓启的作用
    • 为什么要延时输出
    • 为什么要改变电流上升斜率
    • 简单的MOS缓启电路
    • 只有QQ1的时候
    • 只有QQ2的时候
    • QQ1和QQ2同时存在时
    • 总结

缓启的作用

一般来讲,缓启电路的直观作用有两个:1、延时电源输出时间;2、改变输出电流上升斜率

为什么要延时输出

系统在上电的时候往往意味着电源线插拔,或者开关的拨动,这种人为的动作在我们看来只是一瞬间(ms级),但是对于机器来说是一段很长的时间(够电路开关机好几次了),并且伴随着不稳定(手抖、机械振动等等),为系统带来不安定因素,因此我们希望系统在渡过这段时间后在进行工作,即延时上电。

为什么要改变电流上升斜率

为了防止冲击电流,由于负载端电容往往都比较大,加上负载本身的功率损耗,因此在导通的瞬间会从源端吸收很大的电流,而我们电源往往都是有响应时间或者是功率上限的,当这个电流瞬间增大的时候,对电源来说意味着输出的功率要提高,当电源本身输出能力还未响应过来的时候(可以理解为此时功率不变),输出电流需要增大,那么相应的输出电压就只能减小,如果这个电压减小幅度过大,超过了器件正常工作电压,那么器件就会停止工作,进而导致系统异常。
另一方面,冲击电流过大还可能导致器件损坏。

简单的MOS缓启电路

上图是我们实际应用中比较常见的一种基于MOS管搭建的缓启电路,差异可能只是有些没有QQ1部分,有些没有QQ2部分,有些两部分都有(都没有的那就没有缓启效果啦)。有没有想过为什么这些设计都有缓启效果呢?

只有QQ1的时候

就像这样,实测过是有缓启效果的。

当把QQ1部分删除,VIN & VOUT是这样的:

加上QQ1部分,VIN & VOUT是这样的:

并且C1、R2缺一不可,缺谁那都是:

粗浅的理解:
1、当VIN已经上电并且Q2还未导通的时候,Q1.VGS=0V,C1两端电压为0,此时Q1截止;
2、当Q2导通时,R2下管脚接地,C1产生充电电流,由于电容的短路效应,并且由于R2可以进行分压,使得导通瞬间Q1.VGS依旧为0V;
3、C1由于R2接地的原因慢慢进行充电,Q1.VGS慢慢下降,Q1慢慢导通,因此该电路起到了缓启效果;
4、完全导通后,此时Q1.VGS完全由R1 & R2的分压决定,因此为了能够保证Q1.VGS能够达到Vth开启门限,R1需要远大于R2。

只有QQ2的时候

同样,也是有缓启效果的。这个电路能够缓启的原因这是和米勒平台有关,可以先参考之前写的关于米勒平台分析的链接: https://blog.csdn.net/Nightya/article/details/105311207?spm=1001.2014.3001.5501

了解了米勒平台后上面那个电路就好理解了,实际上就相当于这样(管子不对,不重要,意思到了就行):

外部并联的C2变相增大了GD之间的电容值,相当于延长了米勒平台的时间,即延长了MOS管的开启时间,也就是缓解了负载端瞬态电流的压力。

QQ1和QQ2同时存在时

既然QQ1和QQ2两者单独都有缓启效果,那干嘛要把两个都用上呢?二者选其一不就行了么,还能省钱,为啥?这里也想分析一下,然而说服不了自己呀,通过仿真对比一下:
仿真好像看不出电压跌落,只能通过电流值来看下。
只有QQ2时:

只有QQ1时:

同时存在QQ1 & QQ2时:

从以上三个仿真结果分析:
1、只有QQ2部分的时候,在VIN上电瞬间,由于寄生电容的影响,会出现瞬间的充电现象,实际应用的时候不知道会不会冲的很高;
2、QQ1部分的电路看着好像没啥大问题;
3、两者组合的看着问题也不大。

实际上,两部分电路分别作用于不同的时期,组合起来用是不是能够有更好的效果:

总结

实际应用中建议两者还是都预留吧,也占不了啥空间,有条件的同学可以实测看看具体差异,当MOS管开启时间延长之后,也需要关注下例如SOA曲线等实际波形参数是否满足器件手册要求,并做出相应调整。

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