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用P溝道MOSFET設計反向電壓保護電路

電路之光 ? 來源:電路之光 ? 作者:電路之光 ? 2022-04-29 17:42 ? 次閱讀

在直流系統中,比如汽車電子設計中,當電池接反時,使用電池作為電源電路可能會損壞,所以一般需要反向電壓保護電路。其實用MOSFET作為反向保護電路一般比較少,原因成本比較高,最常見的方法是使用二極管,然而,二極管壓降很高,這將在低壓電路中產生問題,這就是電池反向保護中一般使用 MOSFET 作為防反接器件的原因,因為它的導通電壓降非常低。

1.P溝道 MOSFET 作為反向電壓保護電路的原理

增強型MOSFET有兩種類型,分別是N通道或P通道,它們都非常適合作為反向電壓保護器件,今天我們主要講解一下基于P溝道MOSFET反向保護電路的設計。下圖說明了如何使用 P 溝道MOSFET作為反向電壓保護的電路連接。需要注意的是MOSFET必須安裝在電源端。其中漏極D必須連接到電池的正極,柵極必須連接到系統接地端。

當電源電壓存在時,電流將流向MOS管的體二極管。體二極管將導通,因為電池電壓高于體二極管的正向偏置電壓。MOSFET源極的電壓將為電池電壓減去體二極管壓降。簡而言之,這是一個比較低的電壓水平。MOSFET的柵極連接到地,這意味著施加到柵極到源極的電壓為

VGS = VG – VS

其中VG = 0V,所以:

VS = Vbattery – Vdrop(這是一個正值)

所以,

VGS = VG – VS = 0V – 正電壓 = 負電壓

一旦施加到柵極到源極的電壓為負電壓,PMOS將處于導通狀態,電流將流向PMOS導通通道,不在流經體二極管,原因是PMOS的導通電阻很小,那么流經它的電流產生的壓降也是很小,從而無法達到體二極管的導通壓降,體二極管自然就關斷了。

2.P溝道MOSFET作為電池反向保護的基本設計要求

a. 柵源閾值電壓

柵極到源極上施加的負電壓必須滿足PMOS的電平要求。下面是某MOSFET規格書中的柵極到源極閾值電壓??梢钥闯鰹榱舜蜷_MOSFET,電源電壓和體二極管之間的差值必須高于-1V才行。對于低壓系統,最好選擇柵極到源極閾值電壓非常低的 MOSFET。

b. 最大柵源電壓

MOSFET的最大柵源電壓規格不得超過規格書中的限制,否則PMOS會受到損壞:

c. 額定電流

PMOS的額定漏極電流必須高于流入它的實際電流:

d. 額定功率

額定功率至關重要,因為這是 MOSFET散熱能力有限。計算出的功耗必須低于器件的額定值。下面的規格書中指的是 25℃時的額定功率為8.3W。因此,實際工作的功耗必須低于此值,并留有足夠的余量。

e.工作溫度范圍

還需要注意MOSFET的工作環境溫度以超過其最大結溫范圍。

審核編輯:符乾江

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