論MOS管開關對電源的影響

mos管做為開關是一種常用的方式，在電路中比較常用的是乙個三極體加乙個mos管，或者乙個nmos加乙個pmos。常用電路如圖1圖2所示。而我們今天來討論的是基於圖2電路引起的mos關做開關對輸入端電源的影響。

圖1 三極體加mos管形式開關電路

圖2 nmos加pmos形式開關電路

在使用圖2做電源開關時，檢測電源的波形發現，在開關導通的過程中對電源的輸入端有乙個電源下拉的現象。其使用環境為，輸入電壓為dc5v，輸出dc5v，開關控制為lvttl電平（3.3v）。其檢測的情況如下所示。

當沒有新增緩衝電容（圖中c305，c302，c304，c303）的時候，其對電源下拉到4.2v以下。其檢測波形如圖3所示；

當只新增前端緩衝電容（c302，c305）時其電源下拉情況明顯改善，電源下拉到4.5v左右，其檢測波形如圖4所示；

當只新增後端緩衝電容(c303，c304)時，其電源下拉情況也得到明顯的改善，電源下拉到4.7v左右，其波形如圖5所示；

當前後端緩衝電容（c305，c302，c304，c303）都加上時，其電源下拉情況和只新增後端電容時，區別不大。

圖3 不加緩衝電容時的電源測試波形

圖4加前端緩衝電容時的電源測試波形

圖5 只加後端緩衝電容時的電源測試波形

這裡的緩衝電阻我只測試了後端mos管的緩衝電阻（r112）對電源開通時的影響。其測試條件為圖2種有後端緩衝電容的情況。

當緩衝電阻（r112）為1k時，其後端電壓上公升時間為2.2ms，下拉影響在4.7v左右，波形上有明顯的下拉跡象，波形如所示；

當緩衝電阻（r112）為12k時，其後端電壓上公升時間為19ms，下拉影響在4.8v左右，波形上沒有有明顯的下拉跡象，波形如所示；

圖6 緩衝電阻為1k時電源檢測波形

圖7 緩衝電阻為12k時電源檢測波形

從第2節遇到的問題與處理檢測結果來看，mos管做開關時對電源有乙個固有的下拉現象，但可以通過控制mos管的緩衝電阻、電容來改變mos管的開通時間，從而控制電源下拉的幅度以及波形的平緩程度。

查詢pmos管的手冊（irf9310的datasheet），找到乙個mos管的開關時間的波形圖，可以支撐上面的推論。其圖如下所示。

圖8 mos管開關時間測試電路與波形

其開關波形過程分析如下所示：

當還沒發下拉脈衝時，vgs=0，vds=-vdd，此時mos管關斷；

當傳送下拉脈衝時，vgs逐漸減小，vds逐漸增加，此時mos管開通，穩定時，vgs<0，vds=0(pmos的導通條件是vgs<0)；

我認為mos管做開關時，對電源下拉就是這個vds上公升與vgs下降造成的，，而下拉幅度就是滿值到vds與vgs的交叉點。

而在乙個固定的電路中，最初與最終的vgs、vds值是固定了的，我們能改變的就是td(on)與tr值（即我們可以通過外面的緩衝電阻與電容調節開關的導通時間）。當td(on)與tr值增大後，vgs與vds的交叉點就相應往上抬了，則開通時對電源的下拉幅度就會小一些。

用mos管做開關時，對電源的下拉是必然有，但我們可以調節其下拉的幅度，因此電路中建議預留處緩衝電容與電壓的位置（根據自己需要保留其乙個或者全留）。

此外一些商家也做了一些專用的負載開關，比如ti的tps22975，其外圍電路簡單，且內部對效能有處理，其對電源的下拉幅度比較小，可以推薦使用。其簡單電路圖如圖9所示，其手冊開通的電源的影響如圖10所示。

從圖10可以看出，專用晶元的開通關斷對電源也有影響，只是影響很小。我用實際電路檢測時，下拉幅度也在4.9v以內（對5v電源進行開通）。

圖9 tps22975的簡單電路

圖10 tps22975的開通關斷情況