PMOS管经典开关电路

以下为两款经典PMOS管开关电路应用范例：首先，第一款为NMOS管，其在高电平时导通，低电平时截断，且Drain端连接至后续电路的接地端口；其次，第二款则为典型的PMOS管开关电路，其在高电平时断开，低电平时导通，Drain端则连接至后续电路的VCC端口。

首先要进行 MOSFET 的选择，MOSFET有两大类型：N沟道和P沟道。在功率系统中，MOSFET可被看成电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。必须清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端，因此，总是要在栅极加上一个电压。这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。如果栅极为悬空，器件将不能按设计意图工作，并可能在不恰当的时刻导通或关闭，导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时，开关关闭，而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭，但仍然有微小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS。

第一步：选用N沟道还是P沟道

为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET。在典型的功率应用中，当一个MOSFET接地，而负载连接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOSFET，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用PMOS管经典开关电路，这也是出于对电压驱动的考虑。

第二步：确定额定电流

第二步是选择MOSFET的额定电流。视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。该参数以FDN304P管DATASHEET为参考，参数如图所示：

在连续导通模式下，MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。

在选定额定电流之后，颇为必要的是对导通损耗进行计算。实际上，MOSFET并非理想的器件，由于其导电过程中不可避免地会产生电能损耗，我们将其称之为导通损耗。在MOSFET处于“导通”状态时，它宛如一个可变电阻，电阻值由器件的RDS(ON)决定，且该值因温度的波动而产生显著变化。器件的功率耗损可以通过Iload2×RDS(ON)来计算，由于导通电阻会随温度变化，故功率耗损亦会相应地按比例发生变化。当对MOSFET施加的电压VGS越高时，RDS(ON)的值将会减小；反之，RDS(ON)的值则会增大。对于系统设计者而言，这便是一个需要根据系统电压进行权衡取舍的问题。对于便携式设计，采用较低的电压往往更为适宜（这也是较为常见的做法），而对于工业设计，则可能需要采用较高的电压。请注意，RDS(ON)电阻会随着电流的微小增加而略有上升。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化，您可以在制造商提供的技术资料表中查阅到。

第三步：确定热要求

选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据；比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散，即按定义相等于I2×RDS(ON)。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流，因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是，在处理简单热模型时，设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量；即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

在通常情况下，一个PMOS管经典开关电路中，总会存在寄生二极管的现象。此二极管的主要功能是防止源漏端反接。相较于NMOS，PMOS的显著优点在于其开启电压可降至0，同时DS电压之间的电压差也较小。然而，NMOS在传导时需要满足VGS大于阈值的条件，这将不可避免地导致控制电压大于实际需求的电压，从而可能带来不必要的困扰。因此，采用PMOS作为控制开关，便有以下两种常见应用场景：

第一种应用， 是运用PMOS管构成的经典开关电路对电压进行合理选择。若V8V存在，则电压将全然由V8V供应，从而关闭PMOS，使得VBAT无法向VSIN输出电压；然后，在V8V为较低时，VSIN则由8V电源供电。此处需特别关注R120的接地情况，此电阻能有效地将栅极电压稳定地降低，以保障PMOS管经典开关电路的正常运行，这也是前面提到过的栅极高阻抗可能带来的潜在问题。D9和D10的存在旨在防止电压的倒灌现象。虽然D9可以省略，但仍需明确的是，实际中该电路的DS极有可能接反，这将导致由附生二极管导通引发的开关管功能失效，因此在实际应用中务必加以注意。

请仔细观察这个电路，其中控制信号PGC负责控制V4.2是否为P_GPRS提供电力供应。在这一电路设计中，源漏两端并未出现接反现象，R110与R113的存在价值在于R110可以防止栅极电流过大，而R113则控制了栅极的常态，将其上拉至高电平，从而使PMOS截止。同时，我们也可以将R113视为对控制信号的上拉。若MCU内部管脚并未上拉，即输出为开漏形式时，便无法有效驱动PMOS关闭。在此情况下，便需要借助外部电压产生的上拉作用。因此，电阻R113发挥了双重功效。当然，R110亦可适当减小，例如调整为100欧姆亦可。

-推 荐阅读-

MOSFET每个参数都讲透了

防反接电路、防倒灌电路、过流保护电路

持优质内容，请 ”分享、点赞、在看”