PMOS用作电源开关

nuiga · 发表于 2021-9-13 09:09

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1. 简介
在网上查了一些关于 PMOS 和 NMOS 哪个更适合用于电源开关这种场合，大部分都是从工艺，导通电阻 Rds 来解释，但随着半导体工艺的进步，现今的 PMOS 与 NMOS 之间差距已经不大了，从 SOT-23 的封装来看，两者的大小也是差不多的。个人觉得，PMOS 用于电源开关更多是为了方便控制。

2. 应用
2.1 上电控制：
软件控制系统上电、下电、不同模式之间切换，一般通过控制 NMOS 进而 PMOS 开关；

此种设计方式也可以用于多种模式之间的切换，通过不同模式来操作 NMOS ，一路 NMOS 的开关决定了一个模式，从而打开 PMOS 。

电源开关选择 PMOS (上图Q1) 的原因：因为 PMOS 是 Vgs < 0 时，D、S 之间导通，而 PMOS 的源极 (S) 经常接着是要通过的电压，比如电池的 3.7V~4.2V，这样只需栅极 (G) 的电压一定范围小于源极的电压，PMOS 就可以导通，经常使用如上图，通过一个 NMOS 下拉到地，打开 PMOS。而如果采用 NMOS 作为电压的开关的话，困难就比较大，因为 NMOS 的开启电压Vgs = (Vg-Vs) > 0，就要求 NMOS 的栅极电压要大于源极的电压，这样在一个系统下，经常是降压比较多的，就不容易找到一个比连接 NMOS 的源极还跟高的电压，所以导通电压常用 PMOS。采用 NMO S也是可以的，只是不如 PMOS 方便控制。

2.2 电池防反接：
如下图：上电瞬间，PMOS 管的寄生二极管导通，系统形成回路，源极 S 的电位大约为 Vbat-0.6V，而栅极 G 的电位为0，MOS管的开启电压极为：Ugs = 0 -（Vbat-0.6），栅极表现为低电平，Vgs < 0，PMOS 的 DS 导通，系统通过 PMOS 的 DS 接入形成回路。

如上图，USB 上电与 Battery 供电的切换。PMOS Q1 栅极接一个下拉电阻，防止 MOS 管栅极处于悬空，在电池供电的模式，PMOS 的栅极稳定提供一个低电平，保证 Vgs < 0，打开 MOS 管，形成完整回路。

2.3 模块电源开关：
一些在低功耗场景，或者说设备（或者IC）只有在工作的时候才上电，空闲状态断开电源，也可以选用 PMOS 来开关，如下图：

如上图，PMOS 的源极（S）接模块的输入电源，漏极（D）接模块的电源，当需要模块上电工作的时候，通过主控（mcu）在 PMOS 稍微栅极（G）设置一个低电平输出，使得 PMOS 的开启电压 Vgs = Vg - Vs < 0，打开 PMOS ，模块上电。通过这样的切换，可以避免外接模块始终处于上电状态，而是需要进入工作状态才上电，灵活控制模块的上电下电。

3. PMOS 参数
以罗姆的 RSU002P03 为例：

3.1 开启电压