浅析耗尽型MOS在变送器AD421中的供电与保护（3）

时间： 2023-12-21 来源：方舟微

技术问答

本系列文章中方舟微将为大家浅析耗尽型MOS在变送器AD421中的供电与保护。

3 实际应用案例

3.1 实际电路与参数说明

以一款常用的国产耗尽型MOSFET为例，简要说明其在智能变送器典型电路中为DAC模块AD421供电，其不仅具有高电压稳压和有效抑制浪涌或瞬态干扰能力，并对静电防护具有很好的防护作用，保证系统安全、正常工作。

DMX1072（DMS1072）/DMS4022E（DMX4022E）耗尽型MOSFET给环路供电型4~20mA数模转换电路AD421供电，如图6所示。

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2Ω，如果直接用在4~20mA供电环路中，可支持高达24V的电压输入。电性特征曲线如图7所示。

DMS4022E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20Ω左右。电性曲线如图8所示。

采用DMS4022E，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DMS4022E能有效地防止瞬态干扰和破坏。

3.2 国产器件与进口器件ESD能力比较

AD421应用手册上推荐的DN3545、DN2540、DN3525等DN25D系列，不带ESD保护功能，而DMX1072（DMS1072）/DMS4022E（DMX4022E）的ESD保护测试标准采用通用的美国电子工业协会JEDECEIA/JESD22-A114（HBM），人体放电模式的ESDVESD(G-S)分别达到1700/3500V，可以对各种环境下的静电干扰起到很好的防护作用，大大增加了系统的安全性和稳定性。

3.2.1 产品设计比较

从DN2540产品和DMS4022E产品的规格书上可知，2款产品的结构如图9所示。

从各自的结构示意图上可以明显看出，在DMS4022E的栅-源两端并联有双向ESD保护二极管，而DN2540的栅-源结构上没有ESD保护设计。

3.2.2 实际ESD（HBM）测试结果比较

为进一步验证国产器件DMS4022E和进口器件DN2540的ESD功能，分别各抽样20颗，采用美国电子工业协会关于防静电干扰的测试标准：JEDECEIA/JESD22-A114，采用HBM模型进行测试，测试电路原理图如图10所示。

测试结果如表2所示。在具体实验中，由于模拟的静电高压设备最低电压为200V，DN2540在200V模拟静电下，20颗均失效，说明完全没有静电保护功能，在操作中稍有不慎，器件本身失效，对系统的稳定供电和抗瞬态干扰的目的均不能实现；而DMS4022E在GTOS(+)初始电压：200V，步长：100V条件下，3,600V失效，GTOS(-)初始电压：200V，步长：100V条件下，3500V失效。按照美国电子工业协会JEDECEIA/JESD22-A114（HBM）器件电压分类标准：2级：2000~3999V，3A级：4000~8000V，DMS4022E完全达到2级ESD保护标准，接近3A级ESD保护标准，能够有效抑制静电干扰，全方位保护智能变送器的性能稳定和工作安全。

4 结束语

通过对智能变送器DAC供电与保护需求的分析，重点对传统JET、普通耗尽型MOSFET和带ESD功能的耗尽型MOSFET从原理、应用和测试多角度比较，以应用实例说明带ESD功能的耗尽型MOSFET在变送器、接触器等领域应用的优势及未来发展趋势。

虽然增强型功率MOSFET作为主流的开关器件，占据了绝大部分市场份额，但耗尽型MOSFET作为一种特殊的器件，在实现一些电路拓扑中具有无可比拟的优势，广泛应用于NC固态继电器、“常闭”开关、线形运放、恒流源、恒压源和开关电源等。近年来，随着电子电气系统电源电压的降低和绿色能源计划的实施，系统的功耗设计正面临着更加严苛的要求。耗尽型MOSFET由于其独特的性能，其应用的广度和深度都在不断地拓展。利用耗尽型MOSFET，可以方便地实现零偏置放大器，不需要偏置电路，简化了电路设计，降低了系统成本，还大大降低了偏置电路的功耗；耗尽型MOSFET的亚阈值特性，可为负载提供稳定的供电，且输出电压可由内部钳位，无需稳压管，简化电路设计；如需要负电压开启，高频开关、开关电源启动等特定场合，耗尽型MOSFET是理想选择。目前，除智能变送器外，通信设备、物联网、汽车接触器、充电桩、BMS系统、欧标节能LED、PD3.1充电器等逐步广泛应用。

一直以来，仅有国外几家高端器件制造商：Infineon、Microchip、IXYS、Supertex生产耗尽型MOSFET，近年，国内半导体制造商也设计生产出耗尽型MOSFET系列产品，如ARK（方舟微）公司的DMMOS®系列，耐压从60V~1000V，且所有产品带ESD保护功能，弥补了国外同类产品极少带ESD保护的不足，性能更加稳定可靠，避免因静电对整个电路造成损坏。国产耗尽型MOSFET器件应用日益普及，产品成熟可靠，性能、品质上都能达到进口同类产品水平。

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浅析耗尽型MOS在变送器AD421中的供电与保护（1）；

浅析耗尽型MOS在变送器AD421中的供电与保护（2）。

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产品型号	品类	ID (A)	RDSON(Ω) Typ.	Package	VGS (V)	BVDSS (V)
DMZ1511NE	耗尽型MOSFET	0.1	10~25	SOT-23	-3.3~-1.5	150

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