MOS管电源开关电路的缓启动功能是怎么实现的

先看一个电路：

其主要设计思路是使用MOS管来做一个开关，控制电源输出；

 

为什么选用MOS管？

这就涉及到MOS管的两个重要特性：

1.MOS管的导通电流大；

2.MOS管导通时内阻小，内部功耗低；

那MOS管还分为NMOS和PMOS两大类，应该使用哪一类MOS呢？

NMOS适合传输低电平，即接近GND的信号；

PMOS适合传输高电平，及接近VCC的信号；

由此可知，此处计划控制传输VCC信号，所以选择PMOS.

那么R118和C72是用来做什么的？没有是否可以？

1. 缓启动的

2. 

缓启动，英文名Soft start，是指电源缓慢开启，即在电源开关开启时，输出电压缓慢地从0V到达目标电压，其主要功能是限制电源启动时产生的浪涌电流。开关开启瞬间产生的浪涌电流会对后级电源流经的电路产生影响，当浪涌过大时，甚至会损坏电路上的元器件。

那为什么电源启动快，会导致浪涌电流大？

电源上电过快，会导致后级的负载上瞬间降很大的电压，此时就会从电源部分抽取负载所需的电流，当后级感性和容性负载较多较大时，电源快速开启的瞬间，所有的储能器件均从电源部分抽取电流进行充电，此时的电流会非常大。

那为什么缓启动会降低浪涌电流？

以常见的容性负载为例，从公式上看：

Q=C*U；Q=I*t；

得到：I=C*U/t

此时，从得到的容性负载所需电流与充电时间时间、两端压降电压的关系式中可知，当容性负载C一定时，电流正比于电压，当U越大时，此时需要的I越大，而t取决于电源开启的时间，当电源开启的越快，t越小，并同步增加了I的大小。由此可知，在大的电压和短的时间的同时作用下，浪涌电流会集聚增加。所以有效的降低t，会一定程度上抑制浪涌电流的产生。

1. 电路说明

那么这个电路是如何通过一个电容和一个电阻实现缓启动？

1.当Q13的1脚为低电平时，此时三极管不导通，对Q12的Vgs=0V，此时MOS管也不导通；

 

2. 当Q13的1脚为高电平时，此时三极管导通，电容C72通过R118进行充电，此时Vgs电压缓慢降低，直到完全打开，Q12的Vgs约为-5.3V，此时MOS管完全导通。利用了C72和R118实现了Q12的缓慢开启，实现了电源的缓启动。

3. 当Q13的1脚从高电平变为低电平时，此时三极管关断，电容C72通过R118进行放电，此时Vgs电压缓慢增大，直至Vgs=0V，此时MOS完全关断。由于电容的存在，导致关断时也存在缓关断的现象，但是在正常电路设计中，缓关断对系统是不利的，可能由于电源关断过慢，导致系统异常，所以在设计时这个是需要避免的。

综合上述内容可知缓开启是对系统有利的，但缓开启带来的缓关断不利于系统稳定，所以在调试缓启动参数时，要权衡利弊。

1. MOS管是如何开启的

 

虽然MOS是常用器件，但本人在日常工作中，对其导通过程并没有完全理解，此处把MOS导通的过程进行解读。

1.MOS的D和S极加电压为Vdd，当控制开关的电压加到G和S极时，输入电容Ciss进行充电，G和S极电压Vgs线性上升并达到门槛电压Vgs（th），Vgs上升到Vgs（th）之前漏极电流Id=0A，没有漏极电流，此时Vds保持Vdd不变；

2.当Vgs上升到Vgs（th），漏极开始流过电流Id，然后Vgs继续上升，Id也逐渐上升，但此时Vds仍保持Vdd不变。当Vgs到达米勒平台电压Vgs(pl)时，Id也上升到负载电流最大ID，Vds电压开始从Vdd下降到米勒平台电压，此时Id保持ID，Vds不断下降；

3.米勒平台结束时，Id仍维持ID，Vds电压降到一个较低的值，此时降低的斜率很小，及下降速度远小于之前，最终会稳定在Vds=Id*Rds（on）。由于这一时期电压变化不大，所以一般认为米勒平台结束后，MOS就基本完全导通。

看完这个详细的导通过程，本人最大的问题在于为什么在米勒平台内，Vgs的电压恒定？

想要理解上述的内容，还是要回归本质，研究一下MOS管漏极导通的特性；

MOS管整个的工作范围内存在三个区域：截止区、恒流区和可变电阻区，整个MOS导通过程见上图红色箭头的顺序A-B-C-D进行。

1.导通前，MOS的起始工作点在A点，及此时Vgs=0V，处于截止区内。

2.A-B就是，Vgs从Vgs(th)增加到Vgs(pl)的过程，

 3.B-C阶段就是所谓的米勒平台期，此时的栅极驱动电流全部都在给米勒电容Cgd进行充电，所以此时栅极电压基本保持不变，在曲线中呈现一端平台期，及米勒平台期。

4.C-D阶段MOS工作在可变电阻区，此时驱动电流同时给Cgs和Cgd充电，栅极电压开始上升，MOS的导电沟道也开始变宽，导通的压降进一步降低，当Vgs达到一定电压时，MOS管进入完全导通状态。

Cgs：MOS栅极和源极之间的寄生电容；

Cgd：MOS栅极和漏极之间的寄生电容；

Cds：MOS漏极和源极之间的寄生电容；

MOS的等效电路如下：

常见MOS管规格书内提供的参数如下：

 其换算关系如下：

Ciss=Cgd+Cgs；

Coss= Cgd+Cds；

Crss= Cgd