案例分析:总电压采样电路中使用MOS作为开关的问题
今天分享一个案例吧,就是使用高压MOS作为分压电阻开关时的一些问题。
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在总电压采样中使用高压MOS作为开关的常用原理简图如下:R1、R2为分压电阻,ADC通过采集R1上面的电压来计算总压;其中NMOS的位置和一般用法不同,它的S级没有直接接地,而是接到了采样电阻R1上;R3、R4为NMOS的驱动分压电阻。
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以ST的高压MOS(型号为STD3N95K5AG)为例,如下图(来自于ST官网):其VDS可最高承受950V的电压。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1693058366257_myo77p.jpg?imageView2/0)
我们选用MOS作为开关时,一般会查看其驱动的门限电压,如下图:VGS(th)在3V~5V之间,所以驱动电压要>5V。
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另外,为了尽量减小其导通时的电阻,避免造成采样误差,我们希望MOS管处于饱和导通的状态,所以其驱动电压最好大于米勒平台电压,大概为8.5V。(关于米勒平台这里有挺多内容的,实话讲,我也掌握得不全面)
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除此之外,还有一个地方容易忽略,就是采样电阻R1上面的分压,假如其在全电压范围内的分压最大为5V,那么MOS的驱动电压也要把此部分计算进去,即最小的驱动电压为8.5V+5V=13.5V。
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MOS管与三极管不同,它是电压驱动型,但并不意味着其G、S两端不需要消耗电流,只是一般将MOS作为数字开关时这个基本没有影响;但是在今天这个应用中IGS是不能被忽略的,下图中给出了此MOS的最大IGSS:为±10uA,这个其实已经很大了。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1693058364232_p8kude.jpg?imageView2/0)
具体地,如下图所示:这个电流IGS也会流经采样电阻R1,必然会造成R1上的采样误差,尤其在高温情况下,IGS会增大,造成采样误差也随之增加;这个误差是不能避免的,只能尽量去降低,一种解决方法是降低NMOS的VGS驱动电压,调整到既能完全导通MOS、又能满足精度要求的电压点。
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这个是指MOS管在未导通时(VGS=0),DS两端的漏电流;此型号MOS的IDSS如下图所示,高温下漏电流可达到50uA。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1693058365676_joj5yc.jpg?imageView2/0)
它的影响在于当我们未驱动MOS管导通时,由于IDS漏电流的存在,导致R1上面是有压降的,此时会采集到一个电压,但此时理论上电压应该为0V,这样就产生了矛盾,严重时会造成误判,例如当继电器后端的电压采样点,当继电器未闭合时,不应该采集到电压。
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首次发布时间:2023-08-26
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