使用N-MOSFET实现浪涌电流抑制

1. 简介 如下所示给出了基于P-MOSFET的四种浪涌电流抑制方案： 图5.78 Single P-MOSFET负载开关电路方案A 图 5.80 Single P-MOSFET负载开关电路方案B 图 5.81 Single P-MOSFET负载开关电路方案C 图 5.82 Single P-MOSFET负载开关电路方案D 后来经过自己的study以及工程师朋友的讨论，方案B和D应用于浪涌电流抑制，有所不妥；主要原因是：在VIN上电的瞬间且Q2/Q4完全导通之前，给输出电容C9/C10/C19/C20充电的浪涌电流会“部分”或“完全”从体二极管流过。 也许有人会问，这样的电路是否会存在P-MOSFET因上电瞬间的浪涌电流而损坏的可能？答案是，在合适选择了P-MOSFET连续漏源电流的情况下，通常不会导致管子损坏。这点，我们后续文章再单独分析。 2. 更新方案 PNP三极管适合做“高边开关”，NPN三极管适合做“低边开关”，这是由它们的结构或导通关断特性决定的。类似的结论是，P-MOSFET适合做“高边开关”，N-MOSFET适合做“低边开关”（如同步BUCK电路的low-side s ### 使用N-MOSFET实现浪涌电流抑制 #### 一、引言及问题背景 在电子设备的设计过程中，为了确保系统的稳定性和可靠性，浪涌电流的抑制变得尤为重要。浪涌电流是指在电源开启瞬间或者负载突然变化时，短时间内通过电源的电流峰值远高于正常工作电流的现象。如果不加以控制，这种瞬态大电流可能会对电源系统造成损害，降低设备的使用寿命，甚至导致故障。因此，选择合适的浪涌电流抑制方法对于提高电子产品的可靠性和稳定性至关重要。 #### 二、基于P-MOSFET的浪涌电流抑制方案及其问题 根据描述，提出了四种基于P-MOSFET的浪涌电流抑制方案（图5.78、图5.80、图5.81、图5.82），其中方案B和D在实际应用中存在一定的问题。主要问题在于，在电源VIN上电的瞬间，且MOSFET尚未完全导通之前，输出电容的充电过程会导致一部分或全部的浪涌电流通过体二极管进行分流。这种现象虽然通常不会导致P-MOSFET损坏（前提是在选择MOSFET时考虑了其连续漏源电流能力），但仍然可能对电路的整体性能产生不利影响。 #### 三、N-MOSFET作为浪涌电流抑制方案的优势 N-MOSFET在电路设计中具有显著优势，尤其是在浪涌电流抑制方面。与P-MOSFET相比，N-MOSFET更适合用作“低边开关”，即放置在电源线的负极位置。这一特性使得N-MOSFET在某些应用中成为更优的选择。以下是两种基于N-MOSFET的更新方案： 1. **方案E**：适用于VCC电源范围不超过Vgs的应用场景。该方案能够有效地控制浪涌电流，同时保持电路的稳定运行。 2. **方案F**：适用于VCC电源范围超过Vgs的应用场景。通过在电容C18上并联电阻R6，并与电阻R5组成分压电路，确保了MOSFET栅极-源极电压不会超出其Vgs范围，从而避免了由于过压导致的器件损坏。 #### 四、分压电阻的计算与应用 针对方案C（图5.81）中提到的分压电阻的计算，当输入电源VIN大于AON6403元件的栅极和源极耐压值±20V时，可通过增加电阻R3来调整栅极电压，使得栅极和源极之间的电压差保持在安全范围内。例如，当VIN=60V时，栅极和源极之间的电压差为5.45V；当VIN=100V时，电压差为9.09V。这两个数值均在±20V的安全范围内，因此无需担心元件损坏的问题。 #### 五、总结 通过对不同方案的比较和分析，可以得出以下结论： - 在基于P-MOSFET的浪涌电流抑制方案中，方案B和D在实际应用中存在一定的局限性，尤其是在处理浪涌电流时，体二极管的存在可能导致电流分流，影响整体性能。 - N-MOSFET作为“低边开关”的特性使其在某些应用场景下成为更佳选择。方案E和F展示了如何利用N-MOSFET有效抑制浪涌电流，同时确保电路的稳定性和安全性。 - 在设计电路时，合理选择分压电阻值对于防止过压情况的发生至关重要。通过适当的计算，可以在保证电路性能的同时，避免元件损坏的风险。 无论是基于P-MOSFET还是N-MOSFET的浪涌电流抑制方案，都需要根据具体的应用需求来选择最合适的解决方案。