詳解PMOS作電源開關電源電壓被瞬間拉低-KIA MOS管

PMOS管常作開關使用，如果負載是較大的容性負載，則在PMOS管開通瞬間，造成前級電源電壓跌落。如下面的示例：

圖1 PMOS作電源開關，開通瞬間前級電源電壓跌落

現象描述：

PMOS管打開時，會使前級電源VCC電壓跌落。VCC_3G并聯一個1000uf電容，初步判斷是mos管開啟瞬間充電電流引起，減小容值有比較小的改善，直接去掉后電壓才不會跌落，但是這個儲能電容又不能去掉，請問有無改進辦法？

其實，解決這個問題的關鍵，就在于降低大容量電容的充電速度。總的來說，有以下辦法：

在1000uF與PMOS管之間串聯電阻或者在電容上面串聯電阻；

在PMOS管之前增加串聯電阻；

降低PMOS管的開通速度，包括在GS間并聯電容或者在GD間并聯電容；

在PMOS管與電容之間串聯電阻或者在電容上面串聯電阻

這種方法，其實就是降低電容的充電電流，從而減小前級電源電壓的跌落。根據串聯電阻的位置不同，可以分為兩種，如圖2所示。

圖2 在PMOS管與電容之間串聯電阻或者在電容上面

不管哪種，串聯電阻均能夠降低電容的充電速度，但是也相應的降低負載驅動能力。

在PMOS管之前增加串聯電阻

這種方法，其實和上面的方法大同小異，其本質都是降低前級電源對電容的充電電流，電路及如圖3所示。

圖3 在PMOS管之前增加串聯電阻

圖4 在PMOS管之前增加串聯電阻仿真

其中，串聯電阻大小以負載最大電流和PMOS管的最大允許電流的平均值而定。

關于功耗計算如下：

AO3401最大可承受30A的脈沖電流，降額一半，以15A計。取樣電阻阻值計算為：0.7V/15A=46.6mOhm，取47mOhm。電路進入穩態后，電流為1A。取樣電阻上功耗為47mW，與MOS管（Ron=50mOhm)相當。普通貼片電阻0603額定功率為100mW，仍有50%以上的降額幅度。

從仿真波形看，Q1和Q2電流為0，PMOS管偏置由C1維持。

假設單片機控制電壓為5V，電源電壓也為5V。整個電路耗電5V×1A=5W。

開關控制電路耗電為：

(47+50)mOhm×1A+(5–0.7)V^2/200kOhm

=97mW+92.45mW=189.45mW

占約0.18945/5=3.789%的整個電路功耗。

降低PMOS管的開通速度，GS間并聯電容或者在GD間并聯電容

這種方法則是通過控制PMOS管的溝道寬度來間接控制電容的充電電流。同樣，根據并聯電容的不同位置，也有兩種方法：

1.GS間并聯電容

S8050三極管未導通時，并聯電容兩端電壓均為前級電源電壓；當S8050導通后，并聯電容則通過1.2K電阻R4放電，也就是PMOS管的柵極電壓，當GS電壓（PMOS管S大于G）滿足導通閾值時，PMOS管開始逐漸導通。

這種方法的效果跟并聯電容容值，放電電阻阻值，PMOS管的GS開通閾值有關。例如，PMOS關的GS開通閾值一定時，并聯電容的容值越多，效果越好。

但是，這也是這種方法的缺點。

2.GD間并聯電容

S8050三極管未導通時，并聯電容兩端電壓分別為柵極VCC，漏極為高阻態；當S8050導通后，并聯電容開始通過電阻R4放電，PMOS管柵極電壓逐漸降低，PMOS管逐漸導通，PMOS管漏極電壓升高，反過來會使與PMOS管柵極連接的并聯電容的極板電壓升高（并聯電容放電電流流經R4的結果），又抑制PMOS管的開通，如此反復，可以使電容平穩充電。

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