MOSFET元器件及限流開(kāi)關(guān)有哪些妙用？-KIA MOS管

限流保護開(kāi)關(guān)

限流開(kāi)關(guān)，英文一般叫做Current limit switch。簡(jiǎn)要介紹一下，這款器件內部就是集成了一個(gè)PMOS開(kāi)關(guān)管（當然其主要電路不止一個(gè)MOS），MOS管也是集成電路當中最基本元器件。先介紹一下這款器件的主要用途和其工作原理。

這款器件主要用于USB端口的過(guò)流和短路保護，能有效防止因外部短路造成的USB接口的燒壞情形，有統計表明，數碼產(chǎn)品失效有超過(guò)40%跟USB接口有關(guān)系，出現不良比較多的是USB接口死機，USB接口燒壞等等，究其原因，主要是過(guò)流損壞以及靜電損壞。

MOSFET，限流開(kāi)關(guān)

為什么要在USB接口處進(jìn)行過(guò)流保護呢？

如圖1所示，USB相關(guān)規范規定的USB主機的VBUS引腳為下游設備提供標準5V電壓(允許5%的誤差，即4.75~5.25V)，

實(shí)際應用中，外部設備的線(xiàn)纜在接口處反復插拔，電流在這里通通斷斷，尤其熱插拔大的容性負載的時(shí)候，會(huì )引起端口數十安培的浪涌電流；接口處也有可能因為進(jìn)入異物導致短路。

出現這兩種情形，輕則導致USB接口處線(xiàn)纜被燒壞，重則燒壞后端控制芯片。因此，需要對USB接口進(jìn)行限流保護。

傳統的PTC保護方案

MOSFET，限流開(kāi)關(guān)

圖2所示，傳統的保護方案是在VBUS線(xiàn)上串聯(lián)一個(gè)可恢復保險絲（PTC）。

PTC的缺點(diǎn)有: 斷開(kāi)時(shí)間慢、導通電阻大、過(guò)流點(diǎn)不精確、環(huán)境溫度影響大。可恢復保險絲（PTC）在經(jīng)歷過(guò)一次斷開(kāi)保護或處于高溫環(huán)境下，如波峰焊后，其電阻可能永久性的增加。

與之相比，使用限流開(kāi)關(guān)的方案就有許多優(yōu)點(diǎn)，器件內部集成的MOS管是PMOS，具有比較低的導通電阻，只有80毫歐姆左右，低的導通電阻有利于減小落在器件本身的壓降，使USB端口輸出電壓能夠符合標準。

應用很簡(jiǎn)單，如圖3所示

MOSFET，限流開(kāi)關(guān)

下游設備與USB接口連接，設備電源由VBUS 提供，當設備短路或發(fā)生過(guò)流故障時(shí)，通過(guò)限流開(kāi)關(guān)可及時(shí)使VBUS 輸出限流，并使故障輸出標志位輸出一個(gè)低電平信號。

這就避免了由于電源過(guò)載從而可能導致的系統癱瘓和產(chǎn)品不能正常工作。另外，微處理器通過(guò)對故障標志位的檢測，可進(jìn)行故障告警等處理措施，有利于故障定位、系統狀態(tài)顯示等操作。

當然，利用限流開(kāi)關(guān)的使能管腳EN，可非常方便的對設備進(jìn)行配電管理。

在一些應用中，下游設備即使在待機狀態(tài)其漏電流也相對較高，有的可達幾十μA甚至數mA，若通過(guò)EN管腳關(guān)閉VBUS的供電，此時(shí)關(guān)斷電流小于1μA，這將極大地節省功耗，這在電池供電產(chǎn)品中非常有利，可有效延長(cháng)電池使用時(shí)間。

MOS管大家應該都不陌生，金氧半場(chǎng)效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場(chǎng)效晶體管（field-effect transistor）。

MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為“N型”與“P型” 的兩種類(lèi)型，通常又稱(chēng)為NMOSFET與PMOSFET，其基本原理還是利用半導體材料的性質(zhì)做成的開(kāi)關(guān)器件，電腦的CPU就是由很多很多的場(chǎng)效應晶體管組成。

下圖4是其電路符號，圖5是其結構原理圖。

MOSFET，限流開(kāi)關(guān)