【電源電路】PMOS防浪涌抑制電路分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-10-13
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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