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[!--downpath--]近來有一顆用了挺久的發(fā)了停產(chǎn)通知，供應(yīng)鏈部門找到我們研制部門，說供應(yīng)商推薦了另外一機(jī)型的作為兼容取代，須要研制部門剖析一下。我簡略掃了一下尺寸書，Vds，Id，Vgs(th)這種主要參數(shù)沒太大區(qū)別，總之現(xiàn)有的應(yīng)用遠(yuǎn)沒達(dá)到元件的極限，所以直接替換是沒啥問題的。本以為這事就這樣結(jié)了，不過為了給去年校招進(jìn)來的新朋友鍛練的機(jī)會，部門總監(jiān)還是分配了做詳盡兼容取代剖析的任務(wù)給新朋友A君。
結(jié)果過了三天A君忽然找到我：蔣工，這個(gè)取代的MOS管在你的新項(xiàng)目上代替不了。
我：？？？不會吧，這不是15A的MOS管么，我這平均電壓才不到6A，峰值電壓也不超過8A，如何會用不了？似乎取代的MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻降低了幾個(gè)毫歐，我算了下耗散功率也沒降低太多，不應(yīng)當(dāng)有問題的。
A君：不是，其他參數(shù)都沒問題，最大脈沖電壓超標(biāo)了，取代的MOS管這項(xiàng)指標(biāo)只有40A，之前那種是80A，你這個(gè)新項(xiàng)目測下來有60A。
我：不可能，這電路用了好久了，仍然都沒出過問題，新項(xiàng)目盡管幀率降低了一些，但不可能有這么大脈沖電壓，由于板上的大電容總?cè)萘坑譀]降低多少，你是不是測錯(cuò)了？
A君：那你過來瞧瞧。
啪~~~~~我的臉...
不就是MOS管開關(guān)電路嘛，Soeasy，閉著眼睛也能設(shè)計(jì)下來。這兒用的是PMOS電路啟動瞬間電流過大，所以只要把基極上拉到源極，再通過一個(gè)開關(guān)控制把基極拉到地，這樣開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)侯MOS管也導(dǎo)通，完美。
之后就有了下邊這個(gè)測試結(jié)果：紅色跡線是漏極電壓，紅色是漏極電流，紅色是源極電流，紅色是開關(guān)使能，紅色用漏極電流減去漏極電壓得到功率。是的我沒有看錯(cuò)，開關(guān)導(dǎo)通的頓時(shí)漏極電壓最大能到60A！此次取代的MOS管最大脈沖電壓是40A，這樣看來這個(gè)設(shè)計(jì)確實(shí)不安全。
可我還是不服氣，這個(gè)電路曾經(jīng)也用過，也詳盡測過不可能出現(xiàn)如此大的脈沖電壓，盡管新項(xiàng)目在MOS管前面降低了一些電容，但電容總?cè)萘繉?shí)際沒降低太多，雖然上電頓時(shí)充電也不太可能形成如此大電壓才對，一定是哪些地方出錯(cuò)了。
新項(xiàng)目的幀率降低了大約30%，電源樹結(jié)構(gòu)與之前的也有不小的區(qū)別，不過設(shè)計(jì)時(shí)并沒有增大板級的小型儲能電容容值，而是放了更多容量稍小但性能更好的MLCC（多層墻磚電容）到個(gè)負(fù)載電源附近以獲得更好的療效。
莫非是多加進(jìn)來的那些MLCC在搞鬼？先仿真驗(yàn)證一下瞧瞧。
由于電容的ESL經(jīng)常導(dǎo)致仿真結(jié)果出現(xiàn)回落，所以這兒電容只用了ESR，器件參數(shù)并不是實(shí)際的值，不過足夠說明問題了。當(dāng)電容有一端沒有明晰接到某個(gè)電流的時(shí)侯，倘若不人為設(shè)定一下初始電流，常常會導(dǎo)致仿真結(jié)果錯(cuò)誤，這兒在C3上并了一個(gè)R5就是出于這些考慮。為了模擬沖擊電壓引起的電源波動，這兒還對總電源和電源線進(jìn)行了簡單建模。
仿真結(jié)果可以見到上電頓時(shí)沖擊電壓有22A左右，還算在可控的范圍內(nèi)。
如今把可惡的MLCC加上再試試，相比于470uF的電解電容，MLCC只有22uF，之后...60A的沖擊電壓，降低了近3倍？！電容量降低還不到1/10，沖擊電壓降低了這么多倍，這樣側(cè)翻，我認(rèn)還不行么。
若果不使用MLCC而只是減小電解電容的容量，就降低到吧，翻了4倍多呢，結(jié)果脈沖電壓最大值才24A，只是整個(gè)充電過程變長了。
這就是電容ESR作祟造成的，使用ESR較大的電解電容時(shí)，ESR限制住了流經(jīng)電容的最大電壓，所以沖擊電壓并不會太大；而ESR特別小的MLCC，在電源接通的頓時(shí)近乎直接斷路到地，所以會出現(xiàn)巨大的沖擊電壓。
我此次算是敗給了直覺電路啟動瞬間電流過大，直覺覺得電容量決定了沖擊電壓，而實(shí)際上ESR才主導(dǎo)沖擊電壓的最大值，電容量更多的是決定充電的總能量（或則說電壓與時(shí)間的乘積）。
誘因找到了，如今的問題是怎樣整改，最簡單的整改方式就是給MOS管加緩啟動電路。緩啟動電路曾經(jīng)也沒少用，不過此次設(shè)計(jì)偷懶，直覺又認(rèn)為不會出問題，所以就沒加起來，結(jié)果相撞了。
MOS管緩啟動電路的思路特別簡單，充分借助MOS管的線性區(qū)，不讓MOS管忽然從截止跳到飽和就行了，也就是要給Vgs平緩變化而不是突變，這樣MOS管在上電過程中相當(dāng)于一個(gè)可變的內(nèi)阻，可以溫柔地給負(fù)載電容充電而不是一口氣吃一個(gè)瘦子。
電容兩端電流不能突變，所以在MOS管的基極和源極之間跨接一個(gè)電容，載流子通過內(nèi)阻或則恒流源平緩對電容放電而不是簡單粗魯開關(guān)接短接到地，這樣才能讓Vgs平緩變化了。
仿真結(jié)果還不錯(cuò)，沖擊電壓從60A降到了不到15A，完全不用害怕MOS管罷課。其實(shí)緩啟動降低了上電延時(shí)，不過對于總開關(guān)來說沒有太嚴(yán)格的上電時(shí)序要求，也不算哪些大問題。
不過沒完，這個(gè)緩啟動電路都會帶來另一個(gè)比較大的問題就是掉電延時(shí)，但是比上電延時(shí)要嚴(yán)重的多（這應(yīng)當(dāng)很容易想明白）。好在我這兒是總開關(guān)，所以掉電延時(shí)也不是哪些嚴(yán)重的問題，不過若果是用MOS管做嚴(yán)格的上下電時(shí)序控制，這就是個(gè)很嚴(yán)重的問題了。對時(shí)序控制要求高的場合，還是用專門的負(fù)載開關(guān)去處理吧，分立MOS開關(guān)搞上去就太折騰了。
其實(shí)這套簡單的緩啟動電路缺點(diǎn)還有不少，實(shí)際使用中還得依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，電路就會更復(fù)雜（例如在柵源間跨接晶閘管解決源極電源忽然掉電又恢復(fù)時(shí)，電路鎖定在之前狀態(tài)的問題），這兒就不再展開了。
實(shí)際電路中加入緩啟動電路再測試，和預(yù)期的一樣有很大改善。