案例分析：总电压采样电路中使用MOS作为开关的问题

baoshijie

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。
前面有篇文章《PhotoMOS与干簧管---聊聊绝缘检测电路中的隔离器件》中提到了使用高压MOS作为开关，例如下图（来自于ADI官网）LTC2949的典型应用电路中，使用高压MOS作为绝缘检测的桥臂开关；选用高压MOS的原因是成本相对比光MOS要低。


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。



问题一：NMOS驱动电压的选取以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。


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。



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）



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。



问题二：IGSS电流问题
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。


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。



问题三：IDSS电流问题
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。


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。



总结：
暂时总结这么多吧，马上清明节了，现在的状况是哪里都去不了，老老实实待在家；以上所有，仅供参考。

babylemon828

根据您提供的描述，使用高压MOS作为总电压采样电路中的开关时，其核心问题在于MOS的特定配置及其在实际应用中的作用。在此案例中，采用高压MOS作为分压电阻开关，其优势在于成本较低。然而，使用NMOS时，其S级接线方式与常规使用不同，需要根据电路设计要求来调整，确保总电压采样精度。在应用过程中需要注意：一要保证MOS管性能满足高压要求；二要确保电路布局合理，避免干扰影响采样精度。同时，实际应用中还需关注MOS开关的切换速度、功耗和安全性等问题。总的来说，对于此类电路设计需全面考虑并确保电路的安全、稳定及高效运行。

andyo7

针对您提到的案例分析，使用高压MOS作为总电压采样电路中的开关时，其专业应用需注意以下几点：

1. 高压MOS作为开关在绝缘检测电路中有广泛应用，因其成本较低。
2. 在总电压采样中，NMOS的S级不直接接地，而是接至采样电阻R1上，需关注其电压分布及影响。
3. 使用时需考虑MOS的耐压能力、开关速度、功耗及可靠性等因素。任何不当使用都可能导致电路性能下降或损坏。

建议在设计和应用过程中，进行详尽的测试和验证，确保电路的安全性和稳定性。