详解PMOS作电源开关电源电压被瞬间拉低-KIA MOS管

PMOS管常作开关使用，如果负载是较大的容性负载，则在PMOS管开通瞬间，造成前级电源电压跌落。如下面的示例：

图1 PMOS作电源开关，开通瞬间前级电源电压跌落

现象描述：

PMOS管打开时，会使前级电源VCC电压跌落。VCC_3G并联一个1000uf电容，初步判断是mos管开启瞬间充电电流引起，减小容值有比较小的改善，直接去掉后电压才不会跌落，但是这个储能电容又不能去掉，请问有无改进办法？

其实，解决这个问题的关键，就在于降低大容量电容的充电速度。总的来说，有以下办法：

在1000uF与PMOS管之间串联电阻或者在电容上面串联电阻；

在PMOS管之前增加串联电阻；

降低PMOS管的开通速度，包括在GS间并联电容或者在GD间并联电容；

在PMOS管与电容之间串联电阻或者在电容上面串联电阻

这种方法，其实就是降低电容的充电电流，从而减小前级电源电压的跌落。根据串联电阻的位置不同，可以分为两种，如图2所示。

图2 在PMOS管与电容之间串联电阻或者在电容上面

不管哪种，串联电阻均能够降低电容的充电速度，但是也相应的降低负载驱动能力。

在PMOS管之前增加串联电阻

这种方法，其实和上面的方法大同小异，其本质都是降低前级电源对电容的充电电流，电路及如图3所示。

图3 在PMOS管之前增加串联电阻

图4 在PMOS管之前增加串联电阻仿真

其中，串联电阻大小以负载最大电流和PMOS管的最大允许电流的平均值而定。

关于功耗计算如下：

AO3401最大可承受30A的脉冲电流，降额一半，以15A计。取样电阻阻值计算为：0.7V/15A=46.6mOhm，取47mOhm。电路进入稳态后，电流为1A。取样电阻上功耗为47mW，与MOS管（Ron=50mOhm)相当。普通贴片电阻0603额定功率为100mW，仍有50%以上的降额幅度。

从仿真波形看，Q1和Q2电流为0，PMOS管偏置由C1维持。

假设单片机控制电压为5V，电源电压也为5V。整个电路耗电5V×1A=5W。

开关控制电路耗电为：

(47+50)mOhm×1A+(5–0.7)V^2/200kOhm

=97mW+92.45mW=189.45mW

占约0.18945/5=3.789%的整个电路功耗。

降低PMOS管的开通速度，GS间并联电容或者在GD间并联电容

这种方法则是通过控制PMOS管的沟道宽度来间接控制电容的充电电流。同样，根据并联电容的不同位置，也有两种方法：

1.GS间并联电容

S8050三极管未导通时，并联电容两端电压均为前级电源电压；当S8050导通后，并联电容则通过1.2K电阻R4放电，也就是PMOS管的栅极电压，当GS电压（PMOS管S大于G）满足导通阈值时，PMOS管开始逐渐导通。

这种方法的效果跟并联电容容值，放电电阻阻值，PMOS管的GS开通阈值有关。例如，PMOS关的GS开通阈值一定时，并联电容的容值越多，效果越好。

但是，这也是这种方法的缺点。

2.GD间并联电容

S8050三极管未导通时，并联电容两端电压分别为栅极VCC，漏极为高阻态；当S8050导通后，并联电容开始通过电阻R4放电，PMOS管栅极电压逐渐降低，PMOS管逐渐导通，PMOS管漏极电压升高，反过来会使与PMOS管栅极连接的并联电容的极板电压升高（并联电容放电电流流经R4的结果），又抑制PMOS管的开通，如此反复，可以使电容平稳充电。

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