PチャネルMOSFET突入電流制限

私はこの問題の解決策を探すためにEESEとGoogleを数週間探していましたが、有望に思える提案をいくつか見つけましたが、実際の実装は期待に届きませんでした。

電圧低下状態から保護するために、10uFの入力容量を持つボードに電圧レギュレーターがあります。さまざまな理由により、125mAのサイズの電源と直列にヒューズを備えていますが、明確にするために、要件を満たすスローブローバージョンを見つけていません。電源は5ボルトから15ボルトDCまで可能で、おそらく鉛蓄電池です。バッテリーが最初に接続されたとき、突入電流が8usで約8アンペアのピークになり、125mAヒューズが非常に速く溶断します。さて、突入電流を制限する必要があります。大したことないですよね？

私はいくつかの異なるオプションを試しましたが、これは最も有望に思われたものです。

R1とR2は、Vgsを制限してMOSFETへの損傷を防止する分圧器を形成し、コンデンサと一緒にRC遅延を形成して、FETのVgsをゆっくりと増加させ、FETをオーム領域に長時間保持します。完全に理にかなっています。容量が大きい=ターンオンが遅い=突入電流が少ない。

コンデンサーを1uFから4.7uFから10uFに増やした後、私は突入電流が約1.5Apkで2usを超えて底を打ったことに気づいたことを除いて、それはすべて順調です。そのポイントに達した後、C1に追加した容量（最大47uFを試しました）に関係なく、突入電流は1.5Apk未満に低下しません。明らかに、この電流はまだ大きすぎて、一瞬で私のヒューズを飛ばしてしまうでしょう。ヒューズの定格電流を上げることができないので、これを機能させる方法を見つける必要があります。

私の現在の仮説はこれです：

CgsとCgdは、MOSFETの固有のゲート-ソースおよびゲート-ドレインキャパシタンスであり、比較的非常に小さい（50pF〜700pF）が、私の理論では、Vinが最初に適用されるとき、それらはパススルーとして機能します。これらの容量を減らすことができないため、それら（特にCgd）は、突入電流を1.5Apk未満に下げることを妨げる制限要因です。

突入電流を制限するために他にどのようなオプションがありますか？ホットスワップアプリケーション用のさまざまなワンチップソリューションを見つけましたが、それらは上記の回路とトポロジーが似ており、同様の欠点があると思います。

Vinは5ボルトまで低くなる可能性があるため、ショットキーダイオードによる逆極性保護を考慮すると、ヒューズの両端の電圧降下、MOSFETのオン抵抗の両端の降下、ケーブルによる降下（かなりlong）このボードを電源に接続すると、私の電圧降下がかなり大きくなります（これが供給される電圧レギュレーターは、適切に調整するために約4.1Vを必要とします）。残念ながら、直列の電流制限抵抗はオプションにはなりません。

私が持っている他の制限はスペースです。約4.5 x 4.5平方ミリメートルで作業します。上記の回路はほとんど適合しないので、さらにコンポーネントを追加することは実際にはオプションではありません。そうでなければ、これは少し簡単に解決できる問題でした。

あなたは一種の正しい考えを持っています：

しかし、コンデンサは間違った場所にあります。スルーレートを制御するには、ソースとゲートではなく、ドレインとゲートの間に配置する必要があります。ドレインとゲートの間に置くと、フィードバックが発生するため、ドレインが急速に上昇すると、FETがさらにオフになります。

ドレインとソースの間のキャップだけで十分です。タイミングは通常ほとんど知られていないいくつかのパラメーターに依存し、スロープ制限はゲートがそのしきい値電圧に近づくまで起動しません。

これは、私が何度か使用した、より洗練されたスロープ制限電源入力回路です。

このデバイスは、2つのCANバスライン、グラウンド、および24 V電源を介してシステムの残りの部分に接続します。いつでもホットプラグすることができます。差し込んだときに突然大きな電流パルスが流れることは許されません。

CANPWRは24 V電源バスへの直接接続であり、24Vはこのデバイスの内部24 V電源です。この回路の目的は、突入電流を許容レベルに制限するのに十分ゆっくりと24Vを上昇させることです。その後、それは可能な限り邪魔にならないはずです。

24Vで電圧勾配が上昇すると、C2に電流が流れ、Q3がオンになり、Q1がオンになり、パワーパス要素であるQ2へのゲートドライブをオフにしようとします。これは、24Vで1V未満で作動します。

スロープ制限フィードバックは、Q3をオンにするのに十分な電圧がR4に存在する場合に発生します。Q1をオンにするために必要なR5の両端の降下を考慮して、約1.5 Vの図。したがって、スロープ制限は、C2を通過するために必要なもの（1.5 V）/（10kΩ）= 150 µAです。（150 µA）/（1 µF）= 150 V / s。したがって、24 Vの上昇には約150 msかかります。スコープを使用して数100 msの立ち上がり時間を測定したことを覚えています。

24Vネットが上昇すると、R3はQ2をオンに保持し、D2はそのゲート-ソース電圧を許容範囲内に保ちます。

ローテクソリューション：

• 入力キャップの後にヒューズを取り付けます。安定性を確保するために、レギュレータ入力に100nFのキャップを追加してください。
• ヒューズをポリスイッチに交換します（反応時間が遅くなります）。
• コンデンサをヒューズと並列に配置

私の好ましい解決策は、最初または2番目の解決策です。

中程度の技術ソリューション：

ショットキーダイオードと並列に入力キャップと直列に抵抗を追加します。抵抗はコンデンサの充電を遅くし、LDOが電流を必要とする場合、ダイオードは急速放電を可能にします。ちょっと変な解決策...

ハイテクソリューション：電流リミッターを使用して...

• DN2540のようなディプリーションMOSFET。
• 電流制限ハイサイドロードスイッチ

実用的なロジックベースの「監視」回路は、利用可能なスペースに収まりません。単純なNTC抵抗も、おそらく大きすぎます。確かにそれらを調べてください、おそらくあなたの目的に合った小さなものがあるかもしれません。

スペースがもっとある場合は、定電流リミッターを使用して、電流がPWMのように、キャップが充電されるまで出力を切断します。センス抵抗、コンパレータ、および別のPFETをキャップの前に使用します。しかし、これはあなたの回路には絶対に適合しません。あなたは、バッテリーから回路のVINに到達する前に、インラインデバイスとして説明したモジュールを設計することができます。同じことがNTC抵抗器にも当てはまります。回路が表示されているPCBの前にある可能性があります。

より優れたディスクリートソリューションは次のようになります。コンデンサ/ FETがまだオプションである前に、直列に2オームの電力抵抗を接続します。125mA定格のヒューズがある場合、通常の状態では明らかに非常に低い電力負荷になります。電圧ヘッドルームを確保するには、ショットキーダイオードを使用する代わりに、ベースを接地した逆PFET（ドレイン-ソースはハイサイドスイッチの通常の構成の反対側になります）を使用する必要があります。これは、逆極性保護に対する非常に低いVフォワードソリューションです。125mA定格のヒューズ電流で2オーム（保持電流の近くで動作させるのは悪い考えです）では、250mVしか失われず、ショットキーが失うよりも少なく、ケーブルとPFETのドロップのための十分な余地があります。PFETのオン抵抗は、良好なものを入手した場合、30〜90ミリオームになります。できる最善の方法は、回路のプロトタイプを作成してテストすることです。抵抗と反転PFETは、それほど大きなスペースをとるべきではありません。4.5mm x 4.5mmでは、SOT23（またはSC-70）パッケージのPFETと0.25W 0805パッケージの抵抗器を取り付けることができると思います。

このMTM231232LBFのようなFET はうまく機能しますが、デバイスの後に接地するためにゲートにツェナーダイオードクランプが必要です。回路例については下の画像を参照してください。ただし、ゲートを保護するには、ツェナー電圧が明らかに10V未満である必要があります。5〜7Vのツェナー電圧が機能します。

ツェナーと抵抗のコンボは、あなたが見つけることができる最小のパッケージでありえます。彼らはあなたのFETがポップしないことを確認する以外はほとんど何もしません。

したがって、直列抵抗と、必要な電圧ヘッドルームを提供するPFETベースの極性保護を組み合わせることで、負荷の下流でコンデンサから短絡が発生するのを防ぐことができます。MOSFET自体も瞬時にオンになるわけではないため、非線形のターンオン動作において、電流リミッターとして機能します。

私は同様のことをしようとしていますが、このアプリケーションノートには、回路のレイアウト方法と適切な値の計算方法に関するかなり正確な指示があります。http： //www.onsemi.com/pub/Collat​​eral/AND9093-D.PDF

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

AND9093はロードスイッチを参照していることに注意してください。回路図で追加のFetを使用せずにゲートをグランドに引き込まないと、瞬時にオンになり、突入電流を抑制できません。AND9093から計算した値は非常に近いはずですが、ソースからゲートに追加のキャップを追加する必要があるため、ターンオン時にゲートが少しプルアップされ、追加のゲートがMosfetを保持するための静電容量を排出できるようになります電流を抑えるために必要な線形領域。

私が過去に使用した以下の回路を試してみてください、そしてそれは必要に応じて動作します。それをシミュレートすると、それが非常にうまく機能することもわかります。Fetのデータシートから正しいパラメーターを使用して、球場での値を取得してください。