两MOS管源端相同时中心对称实例 7）差分的匹配版图（一）

内容概要：本文档详细介绍了gm/Id设计方法工艺曲线仿真的具体步骤。首先确保电脑已安装Hspice及Spice Explorer，接着在Cadence中创建原理图并设置相关参数，利用ADE仿真环境生成Spice网表。重点在于对网表进行编辑，包括设置VGS和L的扫描范围与步长、加入.probe语句以准确测量电流、调整.option选项以优化仿真效果等。最后使用hspice运行仿真，并通过Spice Explorer查看和修改gm/Id曲线簇。 适合人群：有一定电路设计基础，特别是熟悉MOS管特性和仿真工具使用的电子工程技术人员。 使用场景及目标：①帮助工程师掌握gm/Id设计方法的具体实现过程；②通过实际操作加深对gm/Id特性及其应用的理解；③为后续基于gm/Id的设计提供数据支持和技术积累。 阅读建议：读者应按照文中给出的操作步骤逐一实践，同时注意文中提到的一些容易出错的地方，如.probe语句的选择和.option选项的设置等，确保仿真结果的准确性。

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。

我们都懂得如何利用二极管来实现开关，但是，我们只能对其进行开关操作，而不能逐渐控制信号流。此外，二极管作为开关取决于信号流的方向；我们不能对其编程以通过或屏蔽一个信号。对于诸如“流控制”或可编程开关之类的应用，我们需要一种三端器件和双极型三极管。我们都听说过Bardeen & Brattain,是他们偶然之间发明了三极管，就像许多其它伟大的发现一样。 功率器件在电子工程中起着至关重要的作用，特别是在需要精细控制信号流或执行高效能任务的应用中。MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见的功率器件，它弥补了二极管作为开关的局限性。本文将深入探讨MOSFET的基础知识，以及它在对比双极型三极管（BJT）时所展现的优势。 二极管是一种两端器件，仅允许电流在一个方向上流动，无法进行连续的信号流控制。相比之下，三极管（BJT）是三端器件，具有发射极、基极和集电极，通过基极电流控制发射极和集电极之间的电流，实现流控或可编程开关功能。然而，BJT的开关速度受到基极中的少数载流子复合的影响，限制了其在高频应用中的表现。 场效应晶体管（FET）的出现解决了这个问题。FET是电压控制的，不依赖基极电流，而是通过改变栅极与源极之间的电压来调节漏极电流。MOSFET作为FET的一种，具有三个电极：源极、栅极和漏极，与BJT的电极对应。MOSFET是多数载流子器件，没有存储少数载流子的问题，因此开关速度更快，适合高频应用。 当BJT用于功率应用时，它们的效率会受到限制，尤其是在高功率和高速度的需求下。MOSFET的开关速度优势不仅适用于高频系统，还体现在效率的提升上。在开关过程中，MOSFET能快速转换状态，减少能量损失。即使在相对较低的频率下，这种效率提升也足以抵消高电压MOSFET的轻微导通损耗。 与BJT相比，MOSFET的驱动电路更简单，因为栅极几乎不消耗电流，这减少了控制功率的需求，提高了整个电路的效率，尤其是在高温环境下。另外，MOSFET并联使用时更为稳定，局部缺陷不会导致热失控，反而能形成自冷却机制，有助于提升电流性能和设备可靠性。 然而，MOSFET并非完美无缺。随着温度升高，其导通电阻RDS(on)会增加，这会影响性能。但同时，这种现象也使得MOSFET并联时更均匀地分配电流，减少了并联失效的风险。 MOSFET以其高效、快速的开关特性，低驱动功率需求和并联优势，成为了功率电子领域的首选器件。在需要精确控制信号流、优化能源效率或实现高频操作的应用中，MOSFET展现出了强大的性能和灵活性。理解这些基础知识对于设计和选择合适的功率器件至关重要，特别是在电力转换、电机控制和电源管理等现代技术领域。

内容概要：本文详细介绍了STM32全桥逆变电路的设计与实现，重点讲解了IR2110驱动IRF540N MOSFET的高效率输出交流波形。文章首先概述了全桥逆变电路的基本原理及其广泛应用，接着深入探讨了IR2110作为高电压、高速MOSFET驱动器的特点及其在半桥MOS管中的应用。随后，文章详细解析了STM32如何通过定时器生成SPWM波形，并通过软件算法调整PWM参数以实现高质量的SPWM输出。此外，还提供了立创原理图的解析，展示了各元件的具体连接方式和工作原理。最后，作者总结了实践经验，强调了学习和掌握SPWM波形原理的重要性。 适用人群：对电力电子、电机控制等领域感兴趣的电子工程师和技术爱好者，尤其是希望深入了解全桥逆变电路和SPWM波形设计的人群。 使用场景及目标：适用于需要将直流电源转换为交流电源的实际应用场景，如家庭用电、工业控制等。目标是帮助读者理解并掌握全桥逆变电路的工作原理，特别是SPWM波形的生成和优化方法。 其他说明：文中提供的实践经验和代码解析对于初学者来说非常宝贵，有助于快速上手并进行实际项目开发。

‌‌MOS管是一种金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）‌，简称金氧半场效晶体管。 它是一种半导体器件，具有高输入阻抗、制造工艺简单、使用灵活方便等特点， 非常有利于高度集成化。MOS管根据导电沟道的类型分为N沟道和P沟道， 每一类又分为增强型和耗尽型，因此总共有四种类型：N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型和P沟道耗尽型。 MOS管的工作原理基于绝缘栅场效应管技术，通过栅极电压控制源极和漏极之间的导电沟道的开启和关闭， 从而实现电流的控制。它在电子设备中有着广泛的应用，包括但不限于信号调制、解码、开关功能等。

RU30L30M-VB是一款P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），采用DFN8（3x3）封装，适用于电源管理、负载开关和适配器开关等应用。这款MOSFET具有以下特点： 1. **无卤素设计**：符合IEC 61249-2-21标准定义的无卤素要求，这意味着它不含有某些有害物质，有利于环保和设备的长期使用。 2. **TrenchFET技术**：采用了TrenchFET工艺，这是一种先进的制造技术，通过在硅片上蚀刻深沟槽来提高MOSFET的性能，降低导通电阻，从而提高效率并减少发热。 3. **低热阻PowerPAK封装**：这种小型化、低1.07毫米轮廓的封装设计，具有低热阻特性，有助于快速散热，确保器件在高温工作环境下的稳定性。 4. **严格的测试标准**：100%进行Rg（栅极电荷）和UIS（雪崩耐受电流）测试，确保产品的可靠性和耐用性，并且符合RoHS指令2002/95/EC的规定。 5. **电气参数**： - **额定漏源电压VDS**：最大为30V，这意味着在正常工作条件下，器件可以承受的最大电压差为30V。 - **额定栅源电压VGS**：±20V，表明器件可承受的最大栅极-源极电压范围。 - **连续漏极电流ID**：在不同温度下，如25°C时为-45A，70°C时为-11.5A。 - **脉冲漏极电流IDM**：最大脉冲漏极电流为60A，确保了短时间大电流脉冲的处理能力。 - **连续源漏二极管电流IS**：在25°C时为-3.2A，提供二极管整流功能。 - **雪崩电流IAS**：在特定条件下的安全雪崩电流为-25A，允许器件在雪崩模式下工作而不受损。 - **单脉冲雪崩能量EAS**：最大值为31.25mJ，表示器件能够承受的单个雪崩能量。 - **最大功率耗散PD**：不同温度下的最大功率损耗，例如25°C时为52W，70°C时为2.4W。 6. **热性能**：给出了热阻典型值和最大值，以及不同条件下的最大结温（TJ）和储存温度（Tstg），保证了器件在各种工作环境下的热稳定性。 7. **安装与焊接建议**：对于无引脚组件，不推荐使用烙铁手动焊接，建议遵循规定的峰值温度焊接条件。 RU30L30M-VB MOSFET的这些特性使其成为轻载应用的理想选择，如笔记本电脑和其他便携式设备中的电源路径管理，它能够提供高效、可靠且紧凑的电源控制解决方案。为了获得最佳性能和寿命，用户应遵循制造商提供的使用和焊接指导。如需更多详细信息或技术支持，可以通过提供的服务热线400-655-8788联系制造商VBsemi。

MOS管作为半导体器件的一种，在电子电路中的应用极为广泛，特别是在开关电源和驱动电路中，它以高输入阻抗、低导通电阻、快速开关速度等优点，成为实现电源软启动的理想选择。电源软启动是指在电源开启的瞬间，逐步增加负载电压至稳定工作状态的过程，其目的在于防止启动时的电流冲击，延长电源和负载的使用寿命，以及改善电源对电网的干扰。 在设计MOS管软启动电路时，通常需要考虑到电路的启动特性、稳定性和可靠性。设计的思路往往是利用一些外围电路，如RC定时电路、恒流源电路、比较器电路等，来控制MOS管的栅极电压，使其在一定时间内缓慢增加，从而实现电源的软启动。 Multisim是一款流行的电路仿真软件，它提供了丰富的模拟和数字元件，以及直观的仿真环境，可以模拟真实电路的工作状态。使用Multisim进行MOS管软启动电路设计，可以在实际搭建电路之前进行测试和优化，极大地提高了设计效率和可靠性。在Multisim中，设计者可以通过拖拽的方式将元件放置在工作区，并通过连线将它们连接起来。软件提供的仿真分析工具可以帮助设计者验证电路的功能，调试电路参数，并观察电路在不同条件下的动态响应。 MOS管软启动电路设计的基本流程通常包括：确定电路的工作参数，选择合适的MOS管，设计软启动控制电路，搭建Multisim仿真环境并进行电路仿真测试，根据测试结果调整电路设计，直至电路性能满足设计要求。在设计过程中，需要特别注意MOS管的安全工作区域，避免在启动过程中因电压或电流过大导致MOS管损坏。 在应用MOS管软启动电路时，还应当考虑其在不同应用场合下的特殊要求。例如，在电源模块中使用时，可能需要考虑电路的效率、噪声水平、热设计等因素；而在电机驱动中使用时，则需要考虑启动转矩、调速性能和保护电路等。 通过综合考虑MOS管的电气特性、电路设计的技术要求和应用环境的特殊性，可以设计出适合各种不同需求的高性能MOS管软启动电路。这种电路不仅能够有效保护电源和负载设备，还能提高整个系统的稳定性和可靠性。 MOS管软启动电路设计是一个系统工程，它需要结合MOS管的特性、电路设计理论和Multisim仿真工具，通过不断的实验和调试，最终实现一个既可靠又高效的软启动解决方案。

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