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總電壓采樣電路中使用MOS作為開關的問題

冬至子 ? 來源:新能源BMS ? 作者:胡搖扇 ? 2023-07-06 16:57 ? 次閱讀

使用高壓MOS作為開關,例如下圖(來自于ADI官網)LTC2949的典型應用電路中,使用高壓MOS作為絕緣檢測的橋臂開關;選用高壓MOS的原因是成本相對比光MOS要低。

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在總電壓采樣中使用高壓MOS作為開關的常用原理簡圖如下:R1、R2為分壓電阻ADC通過采集R1上面的電壓來計算總壓;其中NMOS的位置和一般用法不同,它的S級沒有直接接地,而是接到了采樣電阻R1上;R3、R4為NMOS的驅動分壓電阻。

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問題一:NMOS驅動電壓的選取

以ST的高壓MOS(型號為STD3N95K5AG)為例,如下圖(來自于ST官網):其VDS可最高承受950V的電壓。

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我們選用MOS作為開關時,一般會查看其驅動的門限電壓,如下圖:VGS(th)在3V~5V之間,所以驅動電壓要>5V。

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另外,為了盡量減小其導通時的電阻,避免造成采樣誤差,我們希望MOS管處于飽和導通的狀態,所以其驅動電壓最好大于米勒平臺電壓,大概為8.5V。(關于米勒平臺這里有挺多內容的,實話講,我也掌握得不全面)

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除此之外,還有一個地方容易忽略,就是采樣電阻R1上面的分壓,假如其在全電壓范圍內的分壓最大為5V,那么MOS的驅動電壓也要把此部分計算進去,即最小的驅動電壓為8.5V+5V=13.5V。

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問題二:IGSS電流問題

MOS管與三極管不同,它是電壓驅動型,但并不意味著其G、S兩端不需要消耗電流,只是一般將MOS作為數字開關時這個基本沒有影響;但是在今天這個應用中IGS是不能被忽略的,下圖中給出了此MOS的最大IGSS:為±10uA,這個其實已經很大了。

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具體地,如下圖所示:這個電流IGS也會流經采樣電阻R1,必然會造成R1上的采樣誤差,尤其在高溫情況下,IGS會增大,造成采樣誤差也隨之增加;這個誤差是不能避免的,只能盡量去降低,一種解決方法是降低NMOS的VGS驅動電壓,調整到既能完全導通MOS、又能滿足精度要求的電壓點。

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問題三:IDSS電流問題

這個是指MOS管在未導通時(VGS=0),DS兩端的漏電流;此型號MOS的IDSS如下圖所示,高溫下漏電流可達到50uA。

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它的影響在于當我們未驅動MOS管導通時,由于IDS漏電流的存在,導致R1上面是有壓降的,此時會采集到一個電壓,但此時理論上電壓應該為0V,這樣就產生了矛盾,嚴重時會造成誤判,例如當繼電器后端的電壓采樣點,當繼電器未閉合時,不應該采集到電壓。

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