PMOS功率管开关电路设计
MOS管及MOS管的驱动电路设计
MOS管及MOS管的驱动电路设计MOS管及MOS管的驱动电路设计摘要:本文将对MOSFET的种类,结构,特性及应用电路作一简单介绍,并控讨了一下MOSFET驱动电路设计问题在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。
这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。
1、MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。
右图是这两种MOS管的符号。
至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。
对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。
下面的介绍中，也多以NMOS为主。
在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要。
顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。
下图是MOS管的构造图，通常的原理图中都画成右图所示的样子。
(栅极保护用二极管有时不画)MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，如右图所示。
这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，在MOS管的驱动电路设计时再详细介绍。
2、MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V 或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，使用与源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路及其设计方法[发明专利]
![可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路及其设计方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4bcd4078ce84b9d528ea81c758f5f61fb6362858.png)
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510240067.7(22)申请日 2015.05.12H02M 1/08(2006.01)(71)申请人西安科技大学地址710054 陕西省西安市雁塔路中段58号(72)发明人刘树林 邓俊青 郭星 赵亚娟李青青 聂燊 汪子为 王肖张琼 王磊(74)专利代理机构西安创知专利事务所 61213代理人谭文琰(54)发明名称可快速关断PMOS 开关管的驱动控制电路及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种可快速关断PMOS 开关管的驱动控制电路，包括NPN 型三极管Q1和NPN 型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；NPN 型三极管Q1的基极为驱动控制电路的输入端，NPN 型三极管Q1的集电极与电阻R1的一端相接，电阻R1的另一端为驱动控制电路的输出端；电容C2和电阻R2串联后的一端与NPN 型三极管Q1的集电极相接，另一端与NPN 型三极管Q2的基极相接；NPN 型三极管Q2的发射极与驱动控制电路的输出端相接；本发明还公开了一种可快速关断PMOS 开关管的驱动控制电路的设计方法。
本发明电路结构简单，实现方便且成本低，设计方法步骤简单，实用性强，市场前景广阔。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书7页 附图2页(10)申请公布号CN 104795976 A (43)申请公布日2015.07.22C N 104795976A1.一种可快速关断PMOS 开关管的驱动控制电路，其特征在于：包括NPN 型三极管Q1和NPN 型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；所述NPN 型三极管Q1的基极为驱动控制电路(1)的输入端，所述NPN 型三极管Q1的发射极与外部电源的负极输出端VIN-相接，所述NPN 型三极管Q1的集电极与电阻R1的一端相接，所述电阻R1的另一端为驱动控制电路(1)的输出端；所述电容C2和电阻R2串联后的一端与NPN 型三极管Q1的集电极相接，另一端与NPN 型三极管Q2的基极相接；所述NPN 型三极管Q2的集电极与外部电源的正极输出端VIN+相接，所述NPN 型三极管Q2的发射极与驱动控制电路(1)的输出端相接；所述电阻R3接在NPN 型三极管Q2的基极与发射极之间，所述电阻R4接在NPN 型三极管Q2的集电极与发射极之间。
pmos功率管栅极箝位驱动模块、驱动电路和开关电源的制作方法
PMOS功率管栅极箝位驱动模块、驱动电路和开关电源的制作方法涉及电子技术领域，特别是功率电子技术和电源管理。
以下是一个基本的制作方法概述：1. PMOS功率管栅极箝位驱动模块的制作方法步骤一：选择适合的PMOS功率管根据应用需求选择合适的PMOS功率管，主要考虑其额定电压、额定电流、导通电阻等参数。
步骤二：设计栅极驱动电路设计栅极驱动电路，确保能够提供足够的驱动电压和电流，以快速开关PMOS功率管。
步骤三：集成箝位电路在栅极驱动电路中集成箝位电路，用于限制栅极电压的幅度，防止过压损坏PMOS功率管。
步骤四：制作和测试模块根据设计制作模块，并进行严格的测试，确保其在各种工作条件下都能稳定可靠地工作。
2. 驱动电路的制作方法步骤一：电路设计根据PMOS功率管的具体参数和应用需求，设计合适的驱动电路。
步骤二：选择元器件选择符合设计要求的电子元器件，如电阻、电容、电感、二极管、三极管等。
步骤三：电路布线在电路板上进行布线，确保电路连接正确，布线合理。
步骤四：电路调试和测试完成布线后，进行电路调试和测试，确保电路工作正常。
3. 开关电源的制作方法步骤一：电源设计根据应用需求设计开关电源，确定输入电压、输出电压、输出电流等参数。
步骤二：选择电源元器件选择符合设计要求的电源元器件，如变压器、整流器、滤波器等。
步骤三：电源电路布线在电路板上进行电源电路布线，确保电路连接正确，布线合理。
步骤四：电源调试和测试完成布线后，进行电源调试和测试，确保电源输出稳定、可靠。
步骤五：集成PMOS功率管和驱动电路将PMOS功率管和驱动电路集成到开关电源中，形成一个完整的开关电源系统。
步骤六：系统测试和优化对整个开关电源系统进行测试，确保其在各种工作条件下都能稳定可靠地工作，并根据测试结果进行优化调整。
以上是PMOS功率管栅极箝位驱动模块、驱动电路和开关电源的基本制作方法概述。
在实际制作过程中，还需要根据具体的应用需求和电路参数进行详细的设计和制作。
使用MOS管设计开关电源
在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。
这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。
下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创。
包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。
1．MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。
至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。
对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小，且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。
下面的介绍中，也多以NMOS为主。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。
顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。
2．MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC 时的情况（高端驱动）。
但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
3．MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。
mos管在开关电源中的的作用
在开关电源中，MOS管起到以下作用：
1. 信号转换：作为电子开关控制电源的通断，通常正极用PMOS 管，负极用NMOS管控制。
2. 缓启动：在有大电容负载时，比如电解电容和大功率设备电源（电机、马达等）需要对电源作缓启动设计，否则会有很大的浪涌电流，电源电压跌落导致系统复位，反复重启等严重缺陷。
3. 防反接：在电源接口设计时，有很多场合需要考虑反接的问题，没有相应的电路设计的话很容易将电路烧坏，造成损失。
PMOS管常用在正极，NMOS管常用在负极。
4. 逻辑转换：信号除了电平高低的转换，很多时候需要电平逻辑高低转换，MOS管和三极管都可以实现。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
pmos的耗散功率
pmos的耗散功率
PMOS 是指 P 型金属氧化物半导体场效应管，它是一种用于数字电路和模拟电路中的晶体管。
在工作过程中，PMOS 会消耗一定的功率，这部分功率被称为耗散功率。
PMOS 的耗散功率主要由以下几个部分组成：
1. 导通损耗：当 PMOS 处于导通状态时，会在源极和漏极之间形成一个导通通道，电流可以通过这个通道流动。
在这个过程中，会有一定的电阻存在，导致电能转化为热能，产生导通损耗。
2. 截止损耗：当 PMOS 处于截止状态时，虽然没有电流通过，但在栅极和源极之间仍然会有一定的电压，这会导致一定的漏电流通过栅极氧化层，从而产生截止损耗。
3. 开关损耗：在 PMOS 进行开关动作时，由于电流和电压的变化，会在栅极和漏极之间产生电容充放电的过程，从而导致能量的损耗。
为了降低 PMOS 的耗散功率，可以采取以下措施：
1. 优化器件结构：通过改进 PMOS 的制造工艺和结构设计，可以降低导通电阻和栅极漏电流，从而减少导通损耗和截止损耗。
2. 降低工作频率：降低 PMOS 的开关频率可以减少开关损耗。
3. 优化电路设计：合理设计电路，减少 PMOS 的开关次数和工作时间，从而降低耗散功率。
4. 散热设计：在电路设计中考虑散热问题，采用合适的散热措施，如散热片、风扇等，以降低器件温度，减小耗散功率。
总之，PMOS 的耗散功率是由导通损耗、截止损耗和开关损耗组成的。
为了降低耗散功率，可以采取优化器件结构、降低工作频率、优化电路设计和散热设计等措施。
cadence实验报告pmos总结
实验主题：cadence实验报告pmos总结实验内容：1. 实验目的：本次实验旨在通过使用Cadence软件对PMOS进行仿真，掌握PMOS的基本原理和特性。
2. 实验原理：PMOS(Positive Metal-Oxide-Semiconductor)是一种场效应晶体管，其工作原理是通过不同电压控制栅极与漏极的电流流动。
当栅极电压高于漏极电压时，PMOS导通；当栅极电压低于漏极电压时，PMOS截止。
3. 实验步骤：3.1 确定PMOS的工作电压：设置不同的栅极电压和漏极电压，观察PMOS的导通和截止情况。
3.2 测量PMOS的电流和电压：记录不同条件下PMOS的电流和电压数值，分析PMOS的工作特性。
4. 实验结果：4.1 PMOS工作电压范围：经过实验测量和仿真分析，确定PMOS 的工作范围为-5V到0V。
4.2 PMOS的电流和电压关系：根据实验数据和曲线图，得出PMOS的电流与电压呈负相关关系，符合PMOS的基本特性。
5. 实验结论：通过本次实验，进一步了解了PMOS的工作原理和特性，并掌握了使用Cadence软件对PMOS进行仿真的方法。
总结：本次实验对于理解PMOS的工作原理和特性具有重要意义，通过实验数据和分析，可以更加深入地理解PMOS的工作机制，为日后的电路设计和工程实践提供重要参考。
由于PMOS具有重要的工程应用价值，因此我们将继续分析PMOS的性能，并深入探讨其在集成电路设计中的实际应用。
6. PMOS的性能分析：6.1 PMOS的漏电流特性：在实际应用中，PMOS的漏电流是一个重要的参数。
漏电流的大小直接影响着电路的功耗和稳定性。
通过进一步的仿真和实验，我们可以测量不同工作条件下的PMOS漏电流，并分析其与温度、电压等因素的关系。
这有助于优化电路设计，降低功耗并提高系统稳定性。
6.2 PMOS的开关特性：除了传统的工作特性外，我们还可以进一步研究PMOS的开关特性。
通过设置不同的控制信号和输入信号，观察PMOS的开关响应时间、延迟特性等，并分析其对集成电路的影响。
PMOS功率管开关电路设计
PMOS功率管开关电路设计引言：开关电路在电子工程中起到至关重要的作用，通过对电源电压的开关控制来控制电路的通断。
而功率管则是开关电路中的重要元件，常常用于控制更大容量的电流。
本文将介绍PMOS功率管开关电路的设计及其相关原理。
一、PMOS功率管的原理PMOS功率管是一种由双扩散MO型结构构成的功率场效应管。
在PMOS 输人端，当门极电位提高时，植入层P型区域为导电状态，使管子处在导通状态；而当门极电位降低时，以及Vds大于阈值电压时，植入层P型区域为阻绝状态，使管子处于关断状态。
PMOS功率管能够承受较高的电压和电流，因此常用于功率放大或开关电路中。
二、设计PMOS功率管开关电路1.工作电压选择：根据实际需求，选择合适的工作电压。
PMOS功率管一般工作在负电压条件下，所以选用正电压作为控制电源。
可以考虑放大芯片、电池等作为控制电源。
2.工作电流确定：根据实际负载电流需求选择合适的PMOS功率管。
通常应选择额定电流大于负载电流的功率管，以保证其正常工作。
3.阻抗匹配：根据PMOS功率管的特性，设计输出阻抗，以保证输出信号能够正确驱动负载。
可以使用电阻和电容构造适当的输出阻抗网络。
4.并联设计：当需要驱动较大电流的负载时，可以将多个PMOS功率管并联使用，以增加总的驱动能力。
5.使用保护电路：为了保护PMOS功率管免受损坏，可以设计相应的保护电路，例如过流保护、过温保护等。
6.接地设计：为了保证开关电路正常工作，应将单点接地设计在合适位置。
三、PMOS功率管开关电路设计实例例如，设计一个PMOS功率管开关电路，其输入为3.3V的控制信号，输出为5V电源供电的LED灯。
1.选择PMOS功率管：根据负载电流需求选择合适的PMOS功率管，例如IRF9530。
2.设计输入控制电路：利用三极管和电阻构造一个可调电流源，将3.3V的控制信号转换为适当的电流，以正确驱动PMOS功率管。
3.设计输出阻抗网络：使输出信号能够正确驱动LED灯，可使用电阻和电容构造适当的输出阻抗网络。
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PMOS开关管电路设计指
南
2013/7/18
本文档的目的 1）能够根据本指南进行PMOS管开关电路设计
更新说明
目录
一、NMOS管等效电路 (4)
二、公司固定传感器控制盒PMOS开关电路分析 (4)
PMOS开关管电路设计指南
一、NMOS管等效电路
A） B）
图2 NMOS管等效模型
1、驱动G极时，因为输入电容Ciss（Cgd+Cgs）的存在，要求电压变化快，i=Cdu/dt，
当G极电流大时，du/dt也大，增大开关速度。
2、根据B图，功率MOS管内部存在等效三极管，当S接地，刚上电时，三极管
会导通，且电流有可能过大，所以，最好D极有缓启动电路保护。
3、根据A图，反向寄生二极管有可能被正向或反向击穿。
反向击穿有可能因为
D极部分，当电源开启时会有冲击电流，因为线上电感原因，U = Ldi/dt，导致U过大。
正向击穿，可能因为S极在关电时，因为线上电感原因，造成U过大；或者线上串入能量较大干扰电压，导致寄生二极管正向通道电流过大，烧毁寄生二极管，从而造成MOS管失效。
二、控制盒PMOS开关电路分析
1、小电流切换电路
A) B)
图3 5V激光器驱动电路和24V LED灯驱动电路
1、电路A：
1）三极管集电极电阻过大，导致开关速度不高；考虑是激光器驱动电路，正好使用这个缓启动功能。
2）MOS管损坏过，现象是能够正常开启MOS管，但不能完全关断MOS管，怀疑是MOS管寄生二极管损坏导致。
解决办法，
a）更换Vds较大的MOS管（IRLML5203，Vds最大30V，而6401的Vds最大12V）b）电源处增加缓启动
c）D端增加5V TVS
d）在输出端口增加电阻等措施
e）去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管，如有可能，在输出放置防反接二极管。
2、电路B
1）24V驱动电路，导通时Vgs过大，影响PMOS管寿命
解决办法：修改R13为10K，R11为20K，Vgs最大为-8V
2）电源上电有可能Vgs过大，在G、S极增加一个8V稳压二极管保护
3）IRF9393的最大Vds约55V，更改为IRF6217，最大Vds变为150V
4）在D极增加24V TVS
5）在输出端口增加电阻等措施
6）去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管，如有可能，在输出放置防反接二极管。
图4 改进后的PMOS输出接口电路
电路图3-B选型：
1）滤波可以选择简单的高频滤波，比如磁珠构成的π型滤波电路
2）TVS选择SD24C
3）电阻选择2.2ohm，0805封装，当电流增大到20A，电阻压降为44V，之后压敏电阻导通，完成放浪涌。
压敏电阻选择14K390（片径14mm，v1mA =39V）。
4）1N4004在150mA时，VF=0.8V，加上24V电源入口的1N4004，压降1.6V左右。
5）缓启动电路如图5
图5 改进后的图3-B电路
说明：
1）三极管OC电路部分，R4、C2构成低通滤波，延缓控制速度
2）增加C1，上电时U1的G极高电平
3）可以在R7之后再增加一个R（10K）和C（1u），起到外部24V给电之后的防冲击保护。
4）这里的24V推荐是输入滤波完成之后24V
图6 PMOS管导通波形
分析：
1）电流Id 160us从0上升到89mA，di/dt =556.25，假设线路L=1uH，电压为0.55625mV，没有影响。
2）Vd上升和Id几乎同步
3）Vg从24V到18.8V，下降时间600us，期间Vd*Id=48mA*(24-5.5)V=约1W，MOS管瞬时功耗较大，按照1ms，能量为1mJ。
此PMOS管最大功耗2.5W，Eas=15mJ。
4）可以按照零极点分析方法，分析MOS管G、D极稳定性。
在G极和S 极之间增加稳压管，在S、D之间增加RC电路明显增加系统的稳定性。
5）零点不影响系统稳定性；极点如果在s平面的左平面部分，系统稳定。
如果极点非常靠近虚轴j，则系统有可能不稳定，建议调整，使极点远离j轴。
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