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

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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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型号- AKP10M60R,DMD4523E,FTP0P1N15G,DMD12C60EA,AKZ35V15R,DMZ32C15EA,DMD02R50A,DMD8515E,DMZ11C60EA,DMX1072,DMZ61C60EA,AKM120N040T4A,DMX4022E,DMZ25R13EA,DMZ12C15A,DJDO1R120A,DMX25R10EA,DMS04R60A,DMZ25R10EA,DMX11C60EA,FTS10N15G,DMZ1511E,DMS6014E,DMS8550E,DMX5530E,FTZ30P35G,DMX42C10A,AKZ25V15R,DMB16C20A,FTS01N15G,FTF15C35G,AKZ16V15R,DMZ85200E,DMS42C10A,DMX22C40A,FTZ15N35G,DMS22C40A,FTE02P15G,DMZ1520E

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型号- LF2136BTR,LF2113BTR,IXD_614CI,CPC1225N,IAD110P,CPC1019N,IXD_609PI,ITC135P,CPC1335P,CPC3960Z,TS190PL,IAD110,LAA120,LF2113B,LAA127,PAA150,LAA125,CPC1006N,CPC1018N,LF2101N,PAA190S,CPC3720C,PBB190,LBA127P,LCA120LS,LBA127L,LAA110,CPC1114N,CPC1017N,LBA127S,PLB190S,CPC1394GR,LBB120,PAA191S,LF2104N,LBB126,LBB127,CPC2317N,IXD_602D2,IX4340N,LAA100,CPC1125N,CPC1004N,CPC1016N,PBA150S,CPC1394GV,LAA108,CPC1786J,CPC3710C,LBB110,CPC1966BX8,IXD_630MYI,LF2103N,LBA127LS,LCC120,LCA182,LF2388B,PLA192S,XAA170P,TS190LS,XAA170,LF2190NTR,LF2110B,CPC1393GR,CPC7524,PLA110LS,CPC7695Z,PLA193S,CPC1981Y,IXD_604SIA,CPC1002N,LBA120P,CPC1014N,CPC1135N,LBA120S,PAA191,LBA120L,CPC1788J,PAA190,CPC1393GV,PAA193,CPC1510G,IXD_609SI,LF2113,LF2110,LCB710S,LF2136B,TS117PL,CPC1231N,CPC1001N,CPC1025N,CPC1983B,PAA140LS,CPC1777J,LBB127P,CPC3701C,LOC110,XBB170,IXD_630YI,LOC111,LOC112,LBB127S,PLA190S,CPC1511Y,LOC117,PLA191S,LCA110LS,LBA110L,CPC1983Y,CPC1230N,CPC1963GS,CPC7695B,LBA110S,CPC1972G,TS190,LBA110P,PLB171P,LF2304NTR,LBB126P,LBB126S,CPC3714C,FDA217,XAA170S,CPC1984Y,FDA215,TS120S,LF2136,TS120P,LAA100S,LAA100P,CPC1983YE,LCB716S,LAA100L,LAA120LS,LF2304N,LOC11X,XS170,CPC1593G,CPC2125N,OAA160,IAB110P,LAA110PL,CPC1918J,MXHV9910,LCA182S,CPC1330GR,CPC5622A,LCA129,LCA127,LCA125,CPC1510,CPC1511,CPC1906Y,CPC2017N,LCA120,PAA150P,LCA712S,CPC1907B,PAA150S,LAA110S,NCD2400M,LAA110P,XAA117,LF21904N,LAA110L,ITC117L,TS117LS,PS1201,XCB170,LOC112S,ITC117P,LCA110,LF2103,PAA140L,CPC1908J,LF2110BTR,CPC1560GS,PS2401,LOC111S,CPC1596G,LOC112P,CPC1330G,CPC1560G,LCA220,LCA100,PAA140P,LCA710S,LAA120PL,CPC1560S,PAA140S,CPC1909J,LAA120P,CPC5712U,LAA120L,CPC1593GS,LF2106N,CPC1561B,LOC110S,LOC110P,PAA193S,LOC111P,CPC5603C,OAA160S,OAA160P,FDA217S,LCA715S,LCC110P,CPC3980Z,LCC110S,LCC110,LAA120S,IX4310T,CPC3982T,CPC1943GS,FDA215S,XCA170,CPC5602C,LBA120,OMA160S,LBA127,LCC120S,CPC1106N,CPC1009N,CPC1333G,CPC1563G,LCB127,LCB126,LBA110,IAA110P,ITC137P,LCB120,LCA701S,IXD_604D2,LF21814N,LCB717S,CPC1117N,CPC1008N,CPC1540G,CPC3730C,LF2388BTR,LCB111,LCB110,PLA132S,LCB110S,LAA108S,CPC1727J,CPC1945G,CPC40055ST,LAA108P,PLA160,CPC1945Y,IXD_614SI,LF2104NTR,LCA127LS,XBB170S,CPC1580,XBB170P,PAA110L,CPC1966YX8,XAA117P,CPC1966YX6,XAA117S,LBA710S,LF21064N,PLA170,CPC5712,CPC1593,PAA110P,LF2181N,LF21904NTR,CPC1596,PAA110S,CPC1590,LBA716,LAA125PL,LCB120S,LAA100LS,CPC1393G,PLA140,CPC1705Y,PLA143,LBA710,LCA717S,LF2184N,CPC3909C,PLA140LS,PLA143S,CPC1718J,LCB717,LCB716,CPC1333GR,LCB710,CPC1394G,CPC1706Y,PLA150,IXD_602SI,NCD2100,OMA160,IX4351,LBA110PL,IXD_609SIA,CPC3909Z,LCB126S,PBB190S,LF2184NTR,XS170S,LCA210,CPC1540,LF2190N,IX4427N,IXD_609D2,IX4427M,LBA120LS,LF21844N,CPC1708J,IXD_609CI,LAA127S,CPC1563GS,LAA127P,LAA110LS,CPC1540GS,LAA127L,CPC2907B,LCA110S,CPC1926Y,TS190S,TS190P,CPC2025N,PLA132,TS190L,PLA134,IX4428M,CPC1590P,LCA110L,IX4428N,LAA100PL,CPC1927J,PLA110S,CPC1709J,LAA710,IXD_630MCI,CPC1596GS,PLA134S,PLA110L,CPC5621A,LOC117S,LOC117P,CPC1560,CPC3980,CPC2014N,CPC1563,LF2106NTR,IXD_614YI,LAA125S,PS2601,LAA125P,LCB111S,LAA125L,CPC2330N,CPC1916Y,CPC5620A,LCA120S,PLA110,PAA132S,IX4426M,IX4426N,LCA120L,CPC1580P,LCA100LS,PLA160S,IAA110,PLA172P,ITC117PL,LBA110LS,IX4340UE,CPC1035N,CPC1961G,CPC1779J,CPC9909,LCA125S,PM1204S,LCA210S,LF21844NTR,CPC3703C,LCA125L,PAA110PL,LAA710S,LCA210L,CPC1973Y,LBB120S,CPC1010N,LF2101NTR,CPC1986J,CPC1998J,XCB170S,CPC1964BX6,LBB120P,PLA194S,CPC1510GS,PLA170S,CPC1130N,CPC1972GS,PM1206S,CPC1963G,CPC1390GV,LAA127LS,PLB190,LCA220S,CPC1390GR,PLB150S,IXD_604PI,CPC1976YX6,XCA170S,PD2601,LF21814NTR,CPC1020N,CPC1964B,PLA171P,CPC1961GS,IX4351NEAU,LCB127S,CPC1988J,PM1205S,LCA210LS,IBB110,LCA100S,CPC7514,CPC7512,IXD_609YI,LCA100L,LBB110S,LBB110P,CPC1976Y,PLA140S,PLA140L,CPC1965G,ITC135,ITC137,PD1201,CPC1977J,PAA110,TS120,LCA129S,PBB150S,LF21064NTR,LCA125LS,PBB150P,CPC1965Y,PAA110LS,CPC1030N,CPC3902Z,CPC3708Z,CPC1966B,CPC1978J,CPC5622-EVAL-600R,IXD_630CI,PM1206,PM1205,PM1204,PBB150,CPC1966Y,IX4351NE,LF2181NTR,CPC3708C,PLA150S,CPC1150N,PAA127P,LAA127PL,PAA127S,TS118S,PAA140,CPC1967J,TS118P,CPC1979J,CPC1943G,LAA125LS,LCA717,ITC117,LCA715,LCA712,CPC2030N,LCA710,PAA132,PLB150,LCA127L,PBA150,IXD_602PI,IX4340NE,LCA127S,IAB110,IXD_602SIA,TS117S,LBA716S,LF2103NTR,TS117P,CPC1968J,TS117L,PD2401,LCA701,PLA190,PAA127,PLA191,PLA192,PLA193,IBB110P,PLA194,IXD_614PI,CPC1390G,IXD_604SI,CPC1726Y,TS117,TS118

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