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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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YOshim
タイトル
PMOSによるロードスイッチの電源投入時の挙動
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アクセス1530
カテゴリーパワーマネジメント
キーワード PMOS   NMOS   ロードスイッチ   電源投入直後   シミュレーション   Powered by Yahoo
投稿日時16/12/26 11:26
お世話になります。
負荷への電源の供給の切り替えでPMOSとNMOSによるロードスイッチを実装予定です。
今までは特に気にしていなかったのですが
PMOSをオフとしていても電源投入直後の一瞬だけPMOSのソースがゲートより高電位になりOnになってしまう事に気づきました。

理想的なPMOSを用いたシミュレーションでは、やはり電源投入直後の一瞬だけ、負荷に電圧が供給されました。

電源投入直後の電源供給を避けるにはどのようにすれば良いのでしょうか。
そもそも現実のFETでも同様の現象は起こりえますか。
*市販のロードスイッチICも内部構造はPMOSとNMOSによる構成が一般的と思います。どのように対処しているのでしょうか。
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hirocyan-san 回答番号 7
タイトル
ドレイン周りの寄生容量によるものでは?
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アクセス1418
投稿日時16/12/27 17:35
YOshimさんへ
 ひろちゃん3号 こと "hirocyan-san" です。

これはCgd(Crss)、Cds(Coss)と電源の立ち上がりスピード(dv/dt)によるものではないでしょうか?

 これが原因であれば、例えばG-S間短絡でもある程度のドレイン電流は流出してきます。
例えばCrss+Coss=100pF,dv/dt=10V/0.1uS とした場合、
  i=C・dv/dt=100pF×10/0.1μS=10mA
の電流が流れます。

 G-S間が短絡でなく100KΩであれば40μA程度(Vth=4V)でM1はONしますので可能性は十分あります。

負荷が2H(2000mH)とのことですのでこの電流(10mA?)をバイパスする抵抗がなければ瞬間的にSWに電圧が誘起され、インダクタンスは自由振動を始めることになります。
 ロードSWに逆電圧がかからないように回生電流を流すフライホイールダイードも必要かもしれませんがこの点はYOshimさんが詳しいでしょう。


 実際には負荷にも寄生容量や各種損失抵抗が存在するので理論通りにはいかないでしょうが電源の立ち上がりを一度遅くして(100μS~10mS)シミュレーションで確認してはいかがでしょうか?



この現象が問題になるのであれば放電用SWがついたロードSWを使い、電源投入時に
Hサイド=OFF/Lowサイド=ONになるようなシーケンスを組む必要があります。


私が使ってきたロードSWは平滑容量のついた負荷のON/OFFでしたのでこのような現象があっても容量分圧され問題にはなりませんでした。問題になったのはSW-ONでの突入電流でしたのでG-S間に容量を付加してターンオンを遅くした事例もありました。

yoshi05 回答番号 6
タイトル
OFF時の挙動
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アクセス1511
投稿日時16/12/27 01:22
> 負荷が誘導性で2000mHというとんでもないもの

わぁ・・いろいろと、楽しめそうですね。 
 
リレーのコイルやモーターかしら、
大は際限なくありそうですが・・・、
やまさんが詳しいのではないでしょうか。

YOshim 回答番号 5
タイトル
並列にコンデンサですか
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アクセス1511
投稿日時16/12/26 19:06
やまさん

ありがとうございます。
コンデンサ入れると確かに立上り時にPMOSのゲートに電圧かかりますね。
ちょっと考えてみます。


Yoshiさん

>電源OFF時に負荷側から電流が流れ出す場合とか、
>逆に流れ出さないように対策するとかも要注意の場合があるので気になります。
実は、立上り時の挙動と同じくらい、上記の件を心配しています。
負荷が誘導性で2000mHというとんでもないものを駆動するので
セオリー通りのダイオードとサージ対策用コンデンサで十分なのかが不安です。

yoshi05 回答番号 4
タイトル
寄生ダイオード
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アクセス1478
投稿日時16/12/26 18:00
やまさんの指摘のほか、2,3の対策がありますが、
#100kΩが適切か・など。

> 寄生ダイオードはありますが

この手の用途では、寄生ダイオードを積極的に使う場合がママ有り、また電源OFF時に負荷側から電流が流れ出す場合とか、逆に流れ出さないように対策するとかも要注意の場合があるので気になります。

> そんなことまで気にしなくてよいのでしょうか

case by case で、負荷がどんなもので、
「一瞬」がどれくらいなのか、次第かと。
大抵は、計算してみたら「これくらいいいや」に収まっているでしょうけど。


やま 回答番号 3
タイトル
NMOS FETの容量の影響でしょう
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アクセス1530
投稿日時16/12/26 17:36
YOshimさん お疲れ様です。

NMOSのDrainとGate間 GateとSource間には大きな容量があり直列接続されます。PMOSのGate抵抗の100KΩでこの容量を充電する時間にPMOSのGate電圧が下がりますので、PMOSが瞬間的にONすると考えられます。
R2(100KΩ)に並列にコンデンサを入れることでコンデンサの充電が短時間で行われますので、ON時間はほとんどなくなると思います。
追加するコンデンサはNMOSの特性に合わせて選択することになります。

簡単に確認できますので、Cut&Tryでも良いでしょう。

YOshim 回答番号 2
タイトル
ありがとうございます
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アクセス1517
投稿日時16/12/26 13:29
パラメーターは一応現実のものにしていますが
いかんせんシミュレーションなので
Vgsに応じてRonが変化するとか
ターンオン時間だとか
そこまでは含まれておりません。

寄生ダイオードはありますが
私が気にしているのは
PMOSのソース側がゲート側より早くに電圧がかかり
結果としてPMOSがオンしてしまうのではないかという事です。

そんなことまで気にしなくてよいのでしょうか。

yoshi05 回答番号 1
タイトル
シミュレーションで
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アクセス1436
投稿日時16/12/26 12:51
PMOS, NMOSのパラメータを現実のFETのものにしたら、
どうでしょう?


あと、M1に寄生ダイオードはないのでしょうか?

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