PMOS分立負載開關(guān)電路圖文分享-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-05-22
負載開關(guān)是用于開啟和關(guān)閉系統(tǒng)中的電源軌的電子繼電器。負載開關(guān)可用于多種不同的應(yīng)用，包括但不限于：
-配電
-上電時序控制和電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換
-減小待機模式下的漏電流
-控制上電時間，減少浪涌電流
-控制下電時間，避免下電太慢導(dǎo)致其他問題
前面3條是負載開關(guān)的核心，后面兩條不是所有的負載開關(guān)都具有的。
PMOS分立負載開關(guān)電路
下圖是一個非常簡單的分立負載開關(guān)電路，只需要用到一個PMOS管和一個GPIO信號，GPIO連接到MOS管的柵極。當(dāng)GPIO為高電平時，MOS管關(guān)閉。當(dāng)GPIO為低電平的時候，MOS管打開。
這個電路最大的優(yōu)點就是簡單，那它的缺點是什么呢？
下面來看看上電過程中這個電路的實際表現(xiàn)，如下圖：可以看到在開關(guān)打開過程中，輸入電源出現(xiàn)了較大的跌落。
這是因為在開關(guān)打開瞬間，輸出電容會導(dǎo)致較大的浪涌電流，從而導(dǎo)致輸入電源瞬間跌落。上面的電路中，我們已經(jīng)讓輸入電容取值是輸出電容的10倍，如果輸入電容更小，輸出電源跌落會更大。
電源電壓跌落只是不好的結(jié)果，根本點是浪涌電流。為了方便看出浪涌電流的大小，我們先將1Ω負載電阻去掉，然后觀察到開關(guān)導(dǎo)通過程中的表現(xiàn)如下：
可以看出，僅4.7uF的電容，就會產(chǎn)生將近2A的浪涌電流。而浪涌電流大小是跟電容值成正比的。如果輸出電容增大，浪涌電流可能會更大。（INRUSH=CLOAD*dV/dt）
大的浪涌電流會導(dǎo)致輸入電源電壓下降、如果該輸入電源還給其他模塊供電，可能會導(dǎo)致其他模塊因為低壓導(dǎo)致復(fù)位。另外大的浪涌電流也可能導(dǎo)致芯片\連接器\PCB等過流發(fā)熱損壞。
另外用PMOS作為開關(guān)還有一個缺點，輸入電壓最大值有限制，如下圖，Vgate-VIN要小于VGS(th)，比如VGS(th)min=-1V，Vgate=3.3V，則VIN不能超過4.3V，否則MOS將會一直打開，無法關(guān)閉。
上述電路可以在MOS管柵極串聯(lián)一個電阻來降低浪涌電流，如下圖：
串聯(lián)電阻與GS之間的電容組成RC電路，可以MOS管的開關(guān)時間變長，從而使輸出電壓上升速度變慢，根據(jù)IINRUSH=CLOAD*dV/dt，dt增大，IINRUSH會減小。
實際測試結(jié)果如下：
可以看出，加了20k串阻后，電壓跌落很小。在PMOS的柵極上增加串阻有助于增加輸出的上升時間，同時也增加了PMOS關(guān)閉時的下降時間。對于需要快速釋放輸出負載以加快系統(tǒng)運行的系統(tǒng)來說，這可能是一個缺點。
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