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[导读]栅极控制块或电平转换块控制 MOSFET 的 V G 以将其打开或关闭。门控的输出直接由它从输入逻辑块接收的输入 决定。 在导通期间,栅极控制的主要任务是对 EN 进行电平转换,以产生高(N 沟道)或低(P 沟道)V G 以使开关完全导通。类似地,在关断期间,栅极控制产生低(N 沟道)或高(P 沟道)V G 以将开关完全关断。

栅极控制

栅极控制块或电平转换块控制 MOSFET太阳网站精英论坛 的 V G 以将其打开或关闭。门控的输出直接由它从输入逻辑块接收的输入 决定。

在导通期间,栅极控制的主要任务是对 EN 进行电平转换,以产生高(N 沟道)或低(P 沟道)V G 以使开关完全导通。类似地,在关断期间,栅极控制产生低(N 沟道)或高(P 沟道)V G 以将开关完全关断。

许多高侧负载开关太阳网站精英论坛在栅极控制模块中集成了“转换速率控制”或“软启动”功能。 当开关打开时,转换速率控制功能会限制 V G的斜升速度。结果,ID 逐渐增加。其目的是保护负载免受过大的“浪涌电流”的影响,这可能会导致闩锁等故障情况。

太阳网站精英论坛 负载有时不仅是电阻性的,而且是高容性的。因此,当开关关断时,容性负载中积累的电荷并没有快速放电,可能导致负载关断不完全。为了克服这个问题,一些高边负载开关包含“主动负载放电”功能,其目的是在开关关闭时提供电流路径以快速对容性负载放电。这通常由小型低侧 FET 完成。图 4 说明了这种方法,其中一个底部 N 沟道 FET,其栅极连接到栅极控制核心,其漏极连接到负载,当主开关、顶部 P 沟道、关闭。


高端 FET 负载开关入门第 2 部分

图 4:MIC94060/1/2/3 P 通道高侧负载开关的框图。


输入逻辑

太阳网站精英论坛 输入逻辑模块的唯一功能是解释 EN 并将正确的逻辑电平传递给门控模块,以便门控可以相对于输入逻辑电平打开和关闭传递元件. 输入逻辑块的实现可以像下拉电阻一样简单。

在某些情况下,EN 和栅极控制块之间需要一个缓冲器。原因是 EN 可能无法为栅极控制提供足够的驱动电流来驱动 V G,在这种情况下,缓冲器充当了额外驱动电流的来源。

应用概要

对于在设计中使用高边负载开关的工程师来说,总有一些参数比其他参数更重要。

第一个关键参数是 I D。这是在设计周期开始时选择的系统级参数。高边负载开关的 I D 由 MOSFET(N 沟道或 P 沟道)的物理特性、MOSFET 的尺寸、键合线的物理特性(长度和厚度)等因素决定,和封装的热容量。通常,高 I D 开关为 N 通道并采用耐热增强型封装,而低 I D 开关为 P 通道类型并采用小尺寸封装。

下一个关键参数是 R DSON。 选择ID时,R DSON越低越好 。这是因为较低的 R DSON 将提高整体效率,减少V IN和负载之间的电压降 ,并减轻开关的热应力。

太阳网站精英论坛 确定 I D 和 R DSON 后,设计人员通常会查看开关的四个关键参数:动态响应、关断电源电流、关断漏电流和封装尺寸。

对于高端负载开关,动态响应 是指负载电压从 GND 上升到满 V OUT (= V IN ” R DSON * I D ) 或从满 V OUT下降到 GND 所用的时间,相对于 EN 上的逻辑电平变化。

太阳网站精英论坛 当 EN 被断言时,在门控制和输入逻辑模块引入的传播延迟或导通延迟时间 (t ON_DLY ) 之后,V G 然后转移到高电平(或低)足以打开开关。此时,负载上的输出电压( N沟道为V S ,P沟道为V D )开始上升,达到满V OUT 的时间称为导通上升时间(t ON_RISE )。根据系统要求,t ON_DLY 和 t ON_RISE 对于需要快速响应的应用,需要较短,对于需要软启动以限制浪涌电流的应用,需要相对较长。

太阳网站精英论坛 类似地,当 EN 被取消断言时,在传播延迟或关断延迟时间 (t OFF_DLY ) 之后,V G 转移到足以关断开关的低(或高)电平。现在,负载上的输出电压从完整的 V OUT开始下降,它下降到 GND 所需的时间称为关断下降时间 (t OFF_FALL )。通常需要将 t OFF_DLY 和 t OFF_FALL 短,以便快速关闭负载。如果负载具有主要容性元件,则有源负载放电功能有助于降低 t OFF_FALL。

关断电源电流 和关断漏电流 也是需要考虑的重要因素,特别是在设计需要较长电池运行时间的电池供电设备时 。当开关关闭时,内部电路会消耗关断电源电流。关断漏电流是开关关断时 MOSFET太阳网站精英论坛 传递到输出端的电流。关断电源和漏电流越低,整体系统效率就越高。对于电池供电的应用,这会导致更长的电池运行时间。

至于封装尺寸 (占地面积和外形),在大多数应用中都很清楚:封装越小越好。对于在空间非常宝贵的电池供电手持设备等低电流系统中使用的 P 沟道开关来说尤其如此。


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