真实案例分享:MOS管电源开关电路,遇到上电冲击电流超标

做硬件,堆经验。
分享一个案例:MOS管电源开关电路,遇到上电冲击电流超标,怎么解决的呢?
下面是正文部分。
—— 正文 ——
最近有一颗用了挺久的MOSFET发了停产通知,供应链部门找到我们研发部门,说供应商推荐了另外一型号的作为兼容替代,需要研发部门分析一下。我粗略扫了一下规格书,Vds,Id,Vgs(th)这些主要参数没太大区别,反正现有的应用远没达到器件的极限,所以直接替换是没啥问题的。本以为这事就这样结了,不过为了给今年校招进来的新同事锻炼的机会,部门经理还是分配了做详细兼容替代分析的任务给新同事A君。
结果过了两天A君突然找到我:蒋工,这个替代的MOS管在你的新项目上替代不了。
我:???不会吧,这不是15A的MOS管么,我这平均电流才不到6A,峰值电流也不超过8A,怎么会用不了?虽然替代的MOS管导通电阻增加了几个毫欧,我算了下耗散功率也没增加太多,不应该有问题的。
A君:不是,其他参数都没问题,最大脉冲电流超标了,替代的MOS管这项指标只有40A,之前那个是80A,你这个新项目测出来有60A。
我:不可能,这电路用了很久了,一直都没出过问题,新项目虽然功耗增加了一些,但不可能有那么大脉冲电流,因为板上的大电容总容量又没增加多少,你是不是测错了?
A君:那你过来看看。
啪~~~~~我的脸…
不就是MOS管开关电路嘛,So easy,闭着眼睛也能设计出来。这里用的是PMOS,所以只要把栅极上拉到源极,再通过一个开关控制把栅极拉到地,这样开关导通的时候MOS管也导通,完美。
在这里插入图片描述

然后就有了下面这个测试结果:黄色迹线是漏极电流,紫色是漏极电压,蓝色是源极电压,绿色是开关使能,橘色用漏极电压乘以漏极电流得到功率。是的我没有看错,开关导通的瞬间漏极电流最大能到60A!这次替代的MOS管最大脉冲电流是40A,这样看来这个设计确实不安全。
可我还是不服气,这个电路以前也用过,也详细测过不可能出现这么大的脉冲电流,虽然新项目在MOS管后面增加了一些电容,但电容总容量实际没增加太多,即使上电瞬间充电也不太可能产生这么大电流才对,一定是什么地方出错了。
在这里插入图片描述

新项目的功耗增加了大概30%,电源树结构与之前的也有不小的区别,不过设计时并没有增大板级的大型储能电容容值,而是放了更多容量稍小但性能更好的MLCC(多层瓷片电容)到个负载电源附近以获得更好的效果。
难道是多加进来的这些MLCC在捣鬼?先仿真验证一下看看。
因为电容的ESL常常造成仿真结果出现震荡,所以这里电容只用了ESR,元件参数并不是实际的值,不过足够说明问题了。当电容有一端没有明确接到某个电压的时候,如果不人为设定一下初始电压,往往会造成仿真结果错误,这里在C3上并了一个R5就是出于这种考虑。为了模拟冲击电流造成的电源波动,这里还对总电源和电源线进行了简单建模。
在这里插入图片描述

仿真结果可以看到上电瞬间冲击电流有22A左右,还算在可控的范围内。
在这里插入图片描述

现在把万恶的MLCC加上再试试,相比于470uF的电解电容,MLCC只有22uF,然后…60A的冲击电流,增加了近3倍?!电容量增加还不到1/10,冲击电流增加了那么多倍,这样翻车,我认还不行么。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

如果不使用MLCC而只是增大电解电容的容量,就增加到2200uF吧,翻了4倍多呢,结果脉冲电流最大值才24A,只是整个充电过程变长了。
在这里插入图片描述

这就是电容ESR捣鬼导致的,使用ESR较大的电解电容时,ESR限制住了流经电容的最大电流,所以冲击电流并不会太大;而ESR非常小的MLCC,在电源接通的瞬间近乎直接断路到地,所以会出现巨大的冲击电流。
我这次算是败给了直觉,直觉认为电容量决定了冲击电流,而实际上ESR才主导冲击电流的最大值,电容量更多的是决定充电的总能量(或者说电流与时间的乘积)。
元凶找到了,现在的问题是如何整改,最简单的整改方法就是给MOS管加缓启动电路。缓启动电路以前也没少用,不过这次设计偷懒,直觉又觉得不会出问题,所以就没加上去,结果翻车了。
MOS管缓启动电路的思路非常简单,充分利用MOS管的线性区,不让MOS管突然从截至跳到饱和就行了,也就是要给Vgs缓慢变化而不是突变,这样MOS管在上电过程中相当于一个可变的电阻,可以温柔地给负载电容充电而不是一口气吃一个胖子。
电容两端电压不能突变,所以在MOS管的栅极和源极之间跨接一个电容,栅极通过电阻或者恒流源缓慢对电容放电而不是简单粗暴开关接短接到地,这样就能让Vgs缓慢变化了。
在这里插入图片描述

仿真结果还不错,冲击电流从60A降到了不到15A,完全不用担心MOS管罢工。虽然缓启动增加了上电延时,不过对于总开关来说没有太严格的上电时序要求,也不算什么大问题。
在这里插入图片描述

不过没完,这个缓启动电路还会带来另一个比较大的问题就是掉电延时,而且比上电延时要严重的多(这应该很容易想明白)。好在我这里是总开关,所以掉电延时也不是什么严重的问题,不过如果是用MOS管做严格的上下电时序控制,这就是个很严重的问题了。对时序控制要求高的场合,还是用专门的负载开关去处理吧,分立MOS开关搞起来就太折腾了。

当然这套简单的缓启动电路缺点还有不少,实际使用中还得根据实际情况进行调整,电路还会更复杂(比如在栅源间跨接二极管解决源极电源突然掉电又恢复时,电路锁定在之前状态的问题),这里就不再展开了。
实际电路中加入缓启动电路再测试,和预期的一样有很大改善。
在这里插入图片描述

—— The End ——

本文转自知乎|蒋宇辰,点击“阅读原文”可访问原文。

1、作者使用的仿真软件是LTspice。

2、电容的ESR对电路的影响,这个案例可以让大家有真切感受。

3、文中对“MOS管缓启动(又叫软启动)电路”没有进行详细分析,强烈建议阅读文章 精准电流走向分析,带软开启功能的MOS管电源开关电路!

4:精准电流走向分析,带软开启功能的MOS管电源开关电路!

5:非常经典的余电快速泄放电路,你学会了吗?

6:灰常实用的一键开关机电路,各位大佬进来mark一下?


7:最初的电路把mos管G极直接拉到地,GS有-11V以上,应该要一个分压电阻吧,不然容易损坏mos管

8:虽然低ESR电容对脉冲有非常好的吸收能力,但上电的瞬间本质上也是脉冲,而我们又希望ESR对这个过程失效,ESR:搞不懂你们人类。

9:en脚接高频pwm是否也是一个方法?

10:LTspice仿真软件可以共享一下下载链接吗,还有怎么用示波器测试MOS管漏极电流啊

PS:电流环或者通过串联一个小电阻测电压的方式吧

11:加了缓启动如果mos输出短接那不是很容易在线性区炸管?不是要快开快关吗?

PS:时间很短的

12:脉冲电流是通过什么工具测出来的呢,也是示波器吗

PS 示波器

在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mfbz.cn/a/444329.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

RabbitMQ发布确认高级版

1.前言 在生产环境中由于一些不明原因,导致 RabbitMQ 重启,在 RabbitMQ 重启期间生产者消息投递失败, 导致消息丢失,需要手动处理和恢复。于是,我们开始思考,如何才能进行 RabbitMQ 的消息可靠投递呢&…

C++——string模拟实现

前言:上篇文章我们对string类及其常用的接口方法的使用进行了分享,这篇文章将着重进行对这些常用的接口方法的内部细节进行分享和模拟实现。 目录 一.基础框架 二.遍历字符串 1.[]运算符重载 2.迭代器 3.范围for 三.常用方法 1.增加 2.删除 3.调…

spring boot 2.4.x 之前版本(对应spring-cloud-openfeign 3.0.0之前版本)feign请求异常逻辑

目录 feign SynchronousMethodHandler 第一部分 第二部分 第三部分 spring-cloud-openfeign LoadBalancerFeignClient ribbon AbstractLoadBalancerAwareClient 在之前写的文章配置基础上 https://blog.csdn.net/zlpzlpzyd/article/details/136060312 因为从 spring …

Excel F4键的作用

目录 一. 单元格相对/绝对引用转换二. 重复上一步操作 一. 单元格相对/绝对引用转换 ⏹ 使用F4键 如下图所示,B1单元格引用了A1单元格的内容。此时是使用相对引用,可以按下键盘上的F4键进行相对引用和绝对引用的转换。 二. 重复上一步操作 ⏹添加或删除…

【Python】装饰器函数

专栏文章索引:Python 原文章:装饰器函数基础_装饰函数-CSDN博客 目录 1. 学习装饰器的基础 2.最简单的装饰器 3.闭包函数装饰器 4.装饰器将传入的函数中的值大写 5. 装饰器的好处 6. 多个装饰器的执行顺序 7. 装饰器传递参数 8. 结语 1. 学习装饰…

c++中string的模拟实现(超详细!!!)

1.string的成员变量、(拷贝)构造、析构函数 1.1.成员变量 private:char* _str;size_t _size; //string中有效字符个数size_t _capacity; //string中能存储有效字符个数的大小 1.2(拷贝)构造函数 //构造函数string(const char* …

Chain of Verification(验证链、CoVe)—理解与实现

原文地址:Chain of Verification (CoVe) — Understanding & Implementation 2023 年 10 月 9 日 GitHub 存储库 介绍 在处理大型语言模型(LLM)时,一个重大挑战,特别是在事实问答中,是幻觉问题。当答案…

React-路由导航

1.声明式路由导航 1.1概念 说明&#xff1a;声明式导航是指通过在模版中通过<Link/>组件描述出要跳转到哪里去&#xff0c;比如后台管理系统的左侧菜单通常使用这种方式进行。 import {Link} from "react-router-dom" const Login()>{return (<div>…

资源哟正版无授权模版源码(含搭建教程)

资源哟 v1.3 – 新增两种首页布局 – 新增幻灯片插件 – 优化深色模式颜色效果 – 优化导航页面左侧栏目跳转效果 – 优化后台辅助插件当前页面打开 源码下载&#xff1a;https://download.csdn.net/download/m0_66047725/88898100 更多资源下载&#xff1a;关注我。

Linux多线程之线程控制

(&#xff61;&#xff65;∀&#xff65;)&#xff89;&#xff9e;嗨&#xff01;你好这里是ky233的主页&#xff1a;这里是ky233的主页&#xff0c;欢迎光临~https://blog.csdn.net/ky233?typeblog 点个关注不迷路⌯▾⌯ 目录 一、pthread_crate 二、pthread_join 三、p…

RAG、数据隐私、攻击方法和安全提示

原文地址&#xff1a;RAG, Data Privacy, Attack Methods & Safe-Prompts 最近的一项研究探讨了 RAG 安全漏洞以及通过检索数据集访问私有数据的方式。还讨论了防御和安全提示工程示例。 介绍 RAG 在构建生成式 AI 应用程序中非常受欢迎。RAG 在生成式 AI 应用中采用的原因…

Elasticsearch架构原理

一. Elasticsearch架构原理 1、Elasticsearch的节点类型 在Elasticsearch主要分成两类节点&#xff0c;一类是Master&#xff0c;一类是DataNode。 1.1 Master节点 在Elasticsearch启动时&#xff0c;会选举出来一个Master节点。当某个节点启动后&#xff0c;然后使用Zen D…

指针数组和数组指针(详细解释)

指针数组 指针数组的作用 指针数组和数组指针是C语言中常用的概念&#xff0c;它们分别有不同的作用和用法。 指针数组&#xff1a; 指针数组是一个数组&#xff0c;其中的每个元素都是指针类型。它可以用来存储多个指针&#xff0c;每个指针可以指向不同的数据类型或者相同…

Pytorch学习 day08(最大池化层、非线性激活层、正则化层、循环层、Transformer层、线性层、Dropout层)

最大池化层 最大池化&#xff0c;也叫上采样&#xff0c;是池化核在输入图像上不断移动&#xff0c;并取对应区域中的最大值&#xff0c;目的是&#xff1a;在保留输入特征的同时&#xff0c;减小输入数据量&#xff0c;加快训练。参数设置如下&#xff1a; kernel_size&#…

类与对象-对象特性

师从黑马程序员 对象的初始化和清理 构造函数和析构函数 用于完成对象的初始化和清理工作 如果我们不提供构造和析构&#xff0c;编译器会提供编译器提供的构造函数和析构函数是空实现 构造函数&#xff1a;主要用于创建对象时为对象的成员属性赋值&#xff0c;构造函数由编…

了解华为(PVID VLAN)与思科的(Native VLAN)本征VLAN的区别并学习思科网络中二层交换机的三层结构局域网VLAN配置

一、什么是二层交换机&#xff1f; 二层交换机&#xff08;Layer 2 Switch&#xff09;是一种网络设备&#xff0c;主要工作在OSI模型的数据链路层&#xff08;第二层&#xff09;&#xff0c;用于在局域网内部进行数据包的交换和转发。二层交换机通过学习MAC地址表&#xff0…

毅速3D打印随形透气钢:模具困气排气革新之选

在注塑生产过程中&#xff0c;模具内的气体若无法有效排出&#xff0c;往往会引发困气现象&#xff0c;导致产品表面出现气泡、烧焦等瑕疵。这些瑕疵不仅影响产品的美观度&#xff0c;更可能对其性能造成严重影响&#xff0c;甚至导致产品报废&#xff0c;从而增加生产成本。 传…

政安晨:【深度学习处理实践】(四)—— 实施一个温度预测示例

在开始使用像黑盒子一样的深度学习模型解决温度预测问题之前&#xff0c;我们先尝试一种基于常识的简单方法。 它可以作为一种合理性检查&#xff0c;还可以建立一个基准&#xff0c;更高级的机器学习模型需要超越这个基准才能证明其有效性。对于一个尚没有已知解决方案的新问…

Linux之生产消费者模型

(&#xff61;&#xff65;∀&#xff65;)&#xff89;&#xff9e;嗨&#xff01;你好这里是ky233的主页&#xff1a;这里是ky233的主页&#xff0c;欢迎光临~https://blog.csdn.net/ky233?typeblog 点个关注不迷路⌯▾⌯ 我们在条件满足的时候&#xff0c;唤醒指定的线程&a…

超越Chain-of-Thought LLM 推理

原文地址&#xff1a;Beyond Chain-of-Thought LLM Reasoning 2024 年 2 月 13 日 介绍 最近的一项研究解决了需要增强大型语言模型 (LLM) 的推理能力&#xff0c;超越直接推理 (Direct Reasoning&#xff0c;DR) 框架&#xff0c;例如思想链和自我一致性&#xff0c;这些框架可…