PMOS做雙向開關(guān)電路-PMOS防倒灌、防反接電路-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-06-12
用MOS做高側(cè)開關(guān)時(shí)，PMOS比NMOS更便于控制：
1、不用額外的電荷泵升壓；
2、只要將柵極拉低和置高就能控制通斷。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，PMOS在導(dǎo)通內(nèi)阻上的參數(shù)也逐漸好轉(zhuǎn)，使得PMOS在電流不是特別大、對壓降不是特別敏感的高側(cè)開關(guān)場合，拓寬了應(yīng)用。
上述兩張圖的電路可用于防電源反接，但不防電源倒灌，來分析這個(gè)電路：
1、電源從左側(cè)正常輸入時(shí)：
當(dāng)VCC有效時(shí)，PMOS的體二極管率先導(dǎo)通，隨后S極的電壓由先前的0V變成了（VCC-0.7），此時(shí)Vgs = 0 -（VCC-0.7）= -VCC+0.7。
一般PMOS的G極導(dǎo)通閥值為-1~2V，而絕大多數(shù)的電源電壓差都要超過這個(gè)值。故Vgs超出G極導(dǎo)通閥值，Q1完全導(dǎo)通。
隨著Q1完全導(dǎo)通，Q1的DS兩端的電位差被拉低到 （此時(shí)的導(dǎo)通內(nèi)阻 x 流過的電流），這個(gè)值一般都很小，遠(yuǎn)小于0.7V，Q1的體二極管被短路關(guān)斷，并且Q1持續(xù)導(dǎo)通。
之后VCC向負(fù)載正常供電。負(fù)載的電壓取決于MOS的壓降，壓降為 MOS的導(dǎo)通內(nèi)阻 x DS電流。較小的導(dǎo)通內(nèi)阻可獲得很低的壓降、很低的發(fā)熱、很高的負(fù)載效率。
因?yàn)镸OS的導(dǎo)通內(nèi)阻通常為幾mΩ~幾十mΩ，在幾A的電流下壓降僅僅0.0x ~ 0.xV，比肖特基二極管的0.3V更為高效。（并且二極管的壓降并不是固定的，根據(jù)二極管的特性曲線得知，電流越大壓降也會變得越大，所以現(xiàn)在的高效率電路都在用MOS來替代二極管，如DCDC的同步整流方案：省略了外部的二極管，降低了整體發(fā)熱，提高了輸出效率，提高了可輸出電流，便于集成為單芯片轉(zhuǎn)換器，減少了占地面積）
因?yàn)镸OS的開通速度非常迅速，所以不用擔(dān)心體二極管因電流過大造成損壞，器件的電流上升都有一個(gè)過程，而在過程剛開始的幾ns，可能PMOS就已完全導(dǎo)通，體二極管之后就會被短路關(guān)斷。
注意：圖上的穩(wěn)壓管D1，是為了防止VCC>12V，造成MOS的G極損壞。分析電路時(shí)，可去掉穩(wěn)壓管來分析。
2、VCC和GND反接，電路保護(hù)：
因?yàn)镼1的體二極管反接，始終處于關(guān)斷狀態(tài)，即使負(fù)載為0Ω的通路，S極的電位也始終保持與G極相等，Q1始終處于關(guān)斷狀態(tài)。電路關(guān)斷，起到電源反接保護(hù)的作用。
通過增加一控制I/O，控制開通。并且能在主動(dòng)關(guān)斷時(shí)，防止倒灌。
如上這個(gè)電路，這個(gè)電路廣泛使用在 電源管理、充電控制上。
這個(gè)電路好就好在它是個(gè)雙向開關(guān)，而且可完全控制開通/關(guān)斷，完全可以替代機(jī)械繼電器來做固態(tài)繼電器（前提是輸入的信號電壓不能太低，起碼超出PMOS的G極導(dǎo)通電壓范圍）。
下面來分析原理：
CONTROL電平為高，電路開通，雙向?qū)ǎ?/span>
如CONTROL電平為高，則Q4 NMOS開通，Q2、Q3的G極電位均被拉低到0V。
Q2的體二極管率先導(dǎo)通，Q2的S極電平為VCC-0.7V，因?yàn)镚極電平為0，所以滿足開通條件，Q2完全導(dǎo)通。
而Q3此時(shí)的S極與Q2的S極相連，電位相同，均為VCC。并且G極電平為0，也滿足開通條件，Q3也完全導(dǎo)通。之后VCC向負(fù)載正常供電。
反過來，如果VCC=0，而負(fù)載是電壓源，也同樣導(dǎo)通，只不換成了Q3的體二極管先導(dǎo)通，然后再輪到Q2。
CONTROL電平為低，電路完全關(guān)斷：
CONTROL電平為低，Q2、Q3都會被關(guān)斷，并且R2持續(xù)上拉，保持Vgs=0，兩個(gè)PMOS全部處于完全關(guān)斷狀態(tài)。并且因?yàn)镼2、Q3的體二極管是反向串聯(lián)的，所以無論從左還是從右側(cè)，流經(jīng)DS的電流只有反向漏電流，幾乎是沒有的。
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