在低功耗系统中MOS管的应用

qewnja

在低功耗系统中MOS管的应用 [复制链接]

 

又是一个关于低功耗应用中的案例，这次是关于mos管的特性引发的一个小问题，呵呵，我比较喜欢将问题分析过程也发上来供大家参考，授人以渔不如授人以渔，我将整个过程分享给大家是希望大家能够从中找到适合自己的知识点，同时也不是直接告诉你不能这样用，不能那样用，我写的类似一个小故事，大家耐心的看完就好像自己做了一次这样的实验一样，这样能够加深印象，避免再次走弯路，同时一个好的工程师不应该是首先要有足够的耐心吗？

这个案例跟上次我发的那个（关于低功耗设计的一个案例）一样，同样是应用在低功耗产品上出现的问题，只是关于这个现象（姑且这样叫，因为不是故障）大家要注意了，这个是mos管的一个特性，在特定的环境下会引发一些特殊的故障。
描述如下：按客户要求设计一款可以待机90天的终端产品，这真是有点强人所难啊，同样也是由于终端外壳的体积限制无法使用大容量的电池，最终选用了3.7V 2400mah的一款锂电，由于此款终端客户要求24小时激活一次，正常工作10分钟，通过计算得知该款终端在休眠时电流必须在100ua一下，才能达到要求，经过长时间的研究和论证得出硬件方案，理论上在深度休眠时终端电流可下降至50ua左右，满足客户要求，于是按正常流程走：原理图-PCB-样机，样机出来后，经过测试排除一些设计上小bug（飞了n跳线，哈哈）基本上正常工作了，休眠电流在43ua，一次成功，但是，“首次打板样机100%不可能一次成功定律”发挥了威力，样机在进行高温（+75度）时出现了意外情况，测试人员反应，在高温想加热到75度时，终端无法进入深度休眠，具体表现为10分钟重启一次，拿到常温行冷却一会就好了，听到这个消息第一反应就是肯定有元器件虚焊了，在高温下焊点开裂，常温下焊点又闭合，因为是手焊接的样板这种现象一点也不奇怪，于是把相关深度休眠的电路部分重新用烙铁焊一遍，再次放进高温箱进行测试，结果现象依旧，看来不是虚焊的问题，介于这种故障现象还有一种可能就是某元器件的热稳定性不好，在高温下失效，于是就用热风q1an9对着相关电路挨个吹，同时进行电流电压监控，果然，在机器进入休眠时，随着热风q1an9的温度升高的不断升高，深度休眠开关Q10漏流逐渐加大，到了70度左右，该开关失效，如上图所示，硬件工程师在设计电路时由于考虑到低功耗，所以使用的较多的场效应管，由于MOS的特性，随着温度的升高其漏流会增加，随着Q10漏电流的增加在R22上面产生的压降就越大（由于MOS管属于电压控制器件其内阻很大，可忽略不计），于是Q11这个低功耗主要控制器件就从截至状态慢慢的进入到了饱和导通状态，于是将原Q11更换为普通的NPN三极管故障排除（Q10漏电流不足导通三极管）。

topwon

R20、R22的值减小（比如1/10）也可以吧？

qewnja

topwon 发表于 2018-6-27 18:09
R20、R22的值减小（比如1/10）也可以吧？

是可以的，不过在这里R20 R22的阻值要减少到很小才行，因为毕竟mos管是电压驱动的，况且这种设计我认为本来就是不合理的，采用三极管来驱动mos是比较合理和可靠的。

yyhhgg

楼主请问下，低功耗的MOS管是不是低内阻的，我用低内阻的MOS管和高内阻的MOS对比测试，反而高内阻的功耗低，低内阻的反而功耗高，在相同电路中测试的，不得其解

maychang

yyhhgg 发表于 2019-7-24 14:20 楼主请问下，低功耗的MOS管是不是低内阻的，我用低内阻的MOS管和高内阻的MOS对比测试，反而高内阻的功耗低 ...

你说的“低功耗的MOS管”是指哪项指标特别突出？“低内阻的MOS管”是否指Ron特别小？

伟林电源

楼主说的是Rds(ON)吗？此参数是正温系数，采用碳化硅的会好些。

PowerAnts

待机低功耗主要关注漏电流，楼主遇到的问题是Vth的负温度效应引起Q10微开启，R22太大，几个微安就产生足够Q11较大程度导通的电压

PowerAnts

至少“低内阻的mos损耗大”，那是因为rdson小的Vth相对也低，更容易“漏电”

伟林电源

说的很对，适当的减小R22（或者在Q10D极加串一电阻）可以减小漏电流在G极建立的电压值，从而避免Q11误导通。

PowerAnts

伟林电源 发表于 2019-7-27 11:23
说的很对，适当的减小R22（或者在Q10D极加串一电阻）可以减小漏电流在G极建立的电压值，从而避免Q11误导通 ...

Q10的漏极串电阻能减少漏电流？只有减小R22才有效，没见过加这么大阻值的

伟林电源

在Q10D极加串电阻，实际上是加大Q11输入电阻，Q11G极需要更大电流才能建立导通电压。

PowerAnts

伟林电源 发表于 2019-7-27 16:56
在Q10D极加串电阻，实际上是加大Q11输入电阻，Q11G极需要更大电流才能建立导通电压。

你再想想

qewnja

自己顶一下，请各位大佬来讨论

maychang

伟林电源 发表于 2019-7-27 16:56 在Q10D极加串电阻，实际上是加大Q11输入电阻，Q11G极需要更大电流才能建立导通电压。

应该减小R22，而非在Q10的漏极串联电阻。

减小R22，目的是在相同的Q10漏电流之下，Q11门极得到较小的电压。

伟林电源

首先，我并不反对减小R22的方法；

其次串联电阻实际上是加了一个限流电阻，同样在相同漏电流的条件下，减低Q11门极产生的电压值，

伟林电源

虽然R22阻值确实有点大了，可是这个等效电路不一样可以实现降低Q10漏电流对Q11的影响吗？

 

maychang

伟林电源 发表于 2019-7-27 21:23 虽然R22阻值确实有点大了，可是这个等效电路不一样可以实现降低Q10漏电流对Q11的影响吗？ & ...

这种接法，在Q10导通时，会减小Q11门极分到的电压。

实际上，减小R22的同时，还要减小R20，否则会改变Q10导通时的分压比。

PowerAnts

伟林电源 发表于 2019-7-27 21:23
虽然R22阻值确实有点大了，可是这个等效电路不一样可以实现降低Q10漏电流对Q11的影响吗？



& ...

mosfet的漏电流属于pn节反向饱和电流，应用中只受温度影响而不受ds电压影响，相当与一个ua级的温控电流源，额外串电阻并不影响r22上的压降

伟林电源

这么说吧，Q10漏电流需要给Q11的Cgs充电，其充电电流是否要通过RX，如果要，那么VRX就会成立，所产生的IRX是否是漏电流的一部分呢？

PowerAnts

伟林电源 发表于 2019-7-27 21:55
这么说吧，Q10漏电流需要给Q11的Cgs充电，其充电电流是否要通过RX，如果要，那么VRX就会成立，所产生的IRX ...

我去，不在一个频道啊