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  • 電源電路,PMOS防浪涌抑制電路解析
    • 發布時間:2023-01-02 17:15:03
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    電源電路,PMOS防浪涌抑制電路解析
    防浪涌抑制電路分析
    電路原理
    下圖是PMOS防浪涌電路的簡化原理圖。
    首先說為什么采用PMOS,因為負壓開通,可與輸入共地,若采用NMOS,可就需要charge bump才能導通了。
    PMOS 防浪涌 電路
    此電路的原理:
    防浪涌抑制電路的基本原理是利用場效應管的電流放大特性,控制輸入電流從0逐漸增加,緩慢的為輸出側電容充電,直至場效應管完全導通,從而避免由于輸出側電容的瞬間短路特性導致產生的大電流。
    工作過程主要分為三個階段,上電階段,C1充電階段,Cin充電階段。
    1. 上電階段
    上電瞬間,電容C1短路,PMOS管Q1的SG兩端電壓為0,Q1不導通,SD兩端阻抗無窮大,Cin上無電流。
    2. C1充電階段
    輸入給C1充電,充電時間常數約為R2*C1。隨著C1的充電,Q1的SG兩端電壓逐漸上升,當達到PMOS管的開啟電壓Vth后,Q1導通。
    3. Cin充電階段
    隨著C1兩端電壓逐漸升高,Q1逐漸導通,管子上流過的電流逐漸增加,從而給Cin進行充電,充電時間常數為Rsd*Cin,Rsd為Q1導通時的等效電阻。
    當C1兩端的電壓,達到R1兩端在輸入的分壓時,充電結束。Cin兩端的電壓達到輸入電壓時,充電結束。
    以上工作工程可由下圖表示。Vc1是C1兩端的電壓。Vcin是Cin兩端的電壓,Icin是Cin流過的電流。
    PMOS 防浪涌 電路
    我們來關注下電流的波形,為什么會這樣?從0增加到最大,斜率先增大,后減小,而后電流又快速下降。
    我試圖想從公式上推導,發現高階微分方程太難解出了,還是感性的說吧。
    PMOS上的電流其實主要與兩條曲線有關,一個是mos的轉移特性曲線,Vsg越大,-Id越大,那么電容充電電流的波形與轉移特性一致,另一方面若不考慮mos阻抗的變化,當作常數R,那么隨著電容電壓增加,充電電流是越來越小的。
    當兩者達到一個平衡后,出現最大電流。不過電路中有寄生參數,應該不可能讓ic的電流不可導,所以在極值點是平滑過渡的。
    PMOS 防浪涌 電路
    影響因素
    RC參數的影響
    要想電容充電電流小,充電慢,最簡單的來說就是增大時間常數,包括mos管你都可以當作阻抗來考慮,最開始阻抗無窮大,完全導通阻抗幾乎為0.
    所以可以通過調節R2,C1可控制mos開啟電壓的上升速度,從而控制電流。當然在調節R2時,需同步調節R1,以確保電阻足夠的功率降額或者足夠的開啟電壓。
    MOS參數的影響
    實際上,PMOS參數的差異也會影響浪涌電流,比如轉移特性和Vth。
    1)轉移特性的影響
    不同的轉移特性會導致相同的VSG下,導通電流的不同,如下圖所示。
    PMOS 防浪涌 電路
    2)Vth的影響
    不同的Vth會導致MOS導通時電流的上升速率不同。假設MOS的電流放大倍數相同,即轉移特性曲線中斜率相同,Vth不同,導致相同VSG下,導通電流不同,Vth越小,導通電流越大。
    PMOS 防浪涌 電路
    MOS導通電流越大,Cin充電電流越大。而Cin總電荷量是一定的,由Q=CU=It可知,電流大,充電時間短,峰值電流大,而電流小,充電時間長,峰值電流小。
    PMOS 防浪涌 電路
    測試波形
    結合實際浪涌電流波形進行分析。上電一段時間后,回路電流快速上升,等效輸入電容充電,電流到達峰值后,由于電容電壓上升到一定值,充電電流減小,而后后級電路啟動,由于帶載,電容電壓被拉低,充電電流又會上升后回落,直到充電結束。
    在電路參數不變的情況下,不同板卡測試結果不同,可能是由于MOS管差異導致,而MOS管的差異在實際應用中很難保證,所以建議調整C1,R2,R1,如增大C1或R2,R1,可減小浪涌電流。由于整個電路啟動時間的要求,RC不能太大,浪涌電流時間一般保證在2ms左右。
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