PMOS快速关断电路、PMOS加速关断电路

[电源系列]二、低成本MOS快速关断电路原理分析
MOS的减速加速电路设计

分享一个微碧在网上看到的电路情况

加速电路1

PMOS关断时间较长。
当用100kHz的频率驱动PMOS时,PMOS G极的电压信号并不是一个脉冲波,PMOS一直处于线性放大的状态,并且无法关断。
在这里插入图片描述
因此需要电路来快速释放G、S间电容的电压来加速关断PMOS:
在这里插入图片描述
当V4输出高电平,M1导通,R1和R2分压V3,R8电压加D2压降等于R1电压,R8电压即为PMOS的VGS,PMOS导通。
当V4输出低电平,M1关闭,PMOS的S极电压高于G极,VGS=R1电压+Q1的Vbe,因此Q1导通,VGS电压通过Q1快速释放。

通过上面电路PMOS关断延时没有了,但开通速度还是很慢。引入图腾柱驱动:
在这里插入图片描述
当V4输出高电平,M1导通,V3通过R8、Q2的eb、R2到地,因此Q2导通,PMOS的G极接到地,VGS快速充电,最终电压为R1和R2分压V3时R1的电压。

如果是高低电平直接驱动的:

在这里插入图片描述
左图在控制端从高电平往低电平切换时,Vbe<0,Q1关断,放电电流从二极管D流出,Q2开启;右图在控制端从低电平往高电平切换时,G极电平不会瞬间变化,此时Vbe>0.7V,Q1导通,Q1快速将电荷从G极灌入,使G极电平快速上升,达到Q2快速关断的目的。

加速电路3

在这里插入图片描述
当PWM输入为高时:
三极管Q6导通,电流通过R14、R18、Q6到GND,V1接近约0.3V,V2为R14、R18的分压。V2通过D2、R17给电容充电,充电完成后电容上的压降约为R18上的电压减去D2压降。Q5的Vbe电压为D2上的电压,Q5截止。

当PWM输入为低时:
三极管Q6截止,由于MOS VGS上由于结电容的存在导致MOS无法快速关断,V1、V2电压相等,V1电压抬升,由于电容上的电压不能突变,D2截止,所以电容上电压通过R17、Q5、R18放电,Q5导通,电压为Q5导通电压,这样就实现了MOS的快速关断。

### PMOS管开电路完全关断解决方案 对于PMOS管而言,为了实现可靠的完全关断状态,需确保栅极相对于源极有足够的负电压。这可以通过调整电源配置以及优化驱动信号来达成。 #### 调整工作电平 在低侧控制应用中,如果采用PMOS作为高边开,则应使Vgs保持在一个适当范围内以保证器件处于闭模式。具体来说,当希望PMOS截止时,应当让栅极电压接近或等于源极电压[^2]。 #### 使用分压网络 通过引入外部电阻构成分压器可以有效降低施加于栅极端子上的电压水平,从而帮助达到所需的Vgs条件。例如: ```circuitikz \begin{circuitikz} \draw (0,0) node[left]{Source} to [short,o-o] ++(1,0); % 绘制PMOS晶体管 \node at (2,-1)[pmos](M){}; % 连接栅极到分压点 \draw (M.gate) --++(-90:0.5cm)-| (-0.5,-2)to[R,l=$R_1$,*-*](-0.5,-3)--++(0:-2)coordinate(A); % 地线连接 \draw (A)|-(M.source)node[midway,below]{GND}; % Vcc接入 \draw ([yshift=0.5cm,xshift=-0.7cm]current bounding box.north west) coordinate(B) to[V,v<=$V_{CC}$]([yshift=-0.5cm]B|-M.drain)node[right]{Drain}; % 输出负载表示 \draw (M.drain)--+(0,1)to[R,l=$Load$,o-]($(M.drain)+(0,2)$); % 添加标签说明 \path (M.gate)+(-0.8,0.4)node{$Gate$}; \path (M.source)+(-0.8,0.4)node{$Source$}; \path ($(M.south east)!0.5!(M.north east)$)+(.6,.2)node{\rotatebox{-90}{$D-S$}}; \end{circuitikz} ``` 此方法利用两个串联电阻\( R_1\) 和 \( R_2\) 来创建一个稳定的参考电压给栅极供电,使得即使输入端悬空也能维持较低的栅极电压,进而确保PMOS可靠地进入截止区。 #### 增设箝位二极管 为了避免瞬态过冲影响正常操作,在某些情况下可以在栅极与源极之间加入一个小肖特基二极管。该元件能够在快速变化期间吸收多余的能量并防止意外开启PMOS。 综上所述,通过对上述措施的应用,能够显著改善PMOS管开性能,使其更易于管理和稳定运行。
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