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  • DMX4022/DMS4022 对标CLARE的CPC3708C、CPC3714C、CPC3720C
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耗尽型MOSFET在工业传感器、智能变送器中的应用

近年来,耗尽型MOSFET日益受到重视,广泛应用于固态继电器、“常开”开关、线形运放、恒流源、恒压源和开关电源等,涵盖了家用电器、消费电子、工业控制、汽车电子、电信设施和航空航天等领域。

耗尽型MOSFET分为两种类型:

N沟道耗尽型MOSFET,即:导电沟道为N型,参与导电的主要是电子,以及P沟道耗尽型MOSFET,即:导电沟道为P型,参与导电的主要是空穴。由于电子的迁移率远高于空穴,N沟道耗尽型MOSFET具有更强的电流处理能力,得到了更广泛地运用。

当栅极-源极电压Vgs=0V时,其导电沟道即已存在,器件处于开通状态。当栅极-源极电压时(N沟道)或VgsSVgspff) (P沟道),其导电沟道因沟道中的载流子耗尽而消失,器件处于关断状态。由于在零栅偏时,器件处于导通状态,因此耗尽型器件又称为“常开”(Normally On)器件。

利用耗尽型MOSFET的亚阈值特性,我们可以很方便地建立一个简单的电压调节器,具有高电压调节范围和稳定的电压输出。也可以组成一个稳定的恒流源。同时,这种电压源或电流源具有极佳的抗干扰能力,能有效地抑制瞬态电压或浪涌电流。

如图2所示,当VDD增加时,流过电路的电流IDS增加,导致耗尽型MOSFET源极电位VS升高,即VGS绝对值I VGS I增加,并引起器件导电沟道变窄,电流增加减缓。在此过程中负载Rl两端的电压VS无限接近器件的关断电压I VGS (OFF) \ ,VS^ I VGS (OFF)
I,即VS钳位在I VGS OFF) I处,不再随输入电压VDD的增加而变化。负载RL流过的电流II (L = VS/RL)也不随输入电压VDD的增加而变化。

Vdd 的最大值 Vddmax =BVdsx + I Vgs (off) I

其中,BVdsx为耗尽型MOSFET漏源极之间的击穿电压。由此可以看出利用耗尽型MOSFET可以组成一个简单稳定的高电压输入的电压调节器或电流源,同时具有极佳的瞬态抑制能力。

图3

利用运算放大器或电压基准源,可以很容易实现指定的输出电压。

如图3所示,K与V!具有如下关系:Vo = Vi X ( 1 + R2/Rj )

因此,通过配置R2和R1的组合,可以轻松确定负载的工作电压Vs:Vs =Vo + I Vgs (OFF) I其中,Vgs (off)为耗尽型MOSFET的关断电压。传感器、变送器一般工作在恶劣环境中,使用耗尽型MOSFET,不仅实现高电压供电,而且还能有效抑制浪涌或瞬态干扰,保证系统安全、正常工作。

下面,以一款常用的智能变送器为例简要说明耗尽型MOSFET在工业传感器、智能变送器中的典型应用。

在图4中,可以选用DMX1072或DMS4022耗尽型MOSFET,给环路供电型4mA〜20mA数模转换电路AD421供电。DMX1072采用SOT-89封装,主要参数为:耗散功率1W,耐压100V,饱和电流大于0.7A,导通电阻最大值3Q,如果直接用在4mA〜20mA供电环路中,可支持高达24V的电压输入。

DMS4022采用SOT-223封装,主要参数为:耗散功率1.5W,耐压400V,饱和电流大于200mA,导通电阻最大值25Q左右。采用DMS4022,支持高达48V的高电压输入,并同时抑制高达400V的瞬态浪涌,对系统实行有效的过压、过流保护,这对于诸如工业现场、电机控制、变频调速等复杂电磁环境的应用尤为重要。汽车中有许多电机,这些感性负载可能产生高达300V的电压瞬态,因此选择DMS4022能有效地防止瞬态干扰和破坏。