方舟微耗尽型MOSFET在工业传感器、智能变送器中的应用

时间： 2024-01-27 来源：方舟微

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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类型

· N沟道耗尽型MOSFET：导电沟道为N型，参与导电的主要是电子；

· P沟道耗尽型MOSFET：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V_GS=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V_GS<V_GS(OFF)时（N沟道）或V_GS>V_GS(OFF)（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。图1为N沟道耗尽型MOSFET的示意图。

图1. N沟道耗尽型MOSFET

耗尽型MOSFET的亚阈值特性

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。

图2. N沟道耗尽型MOSFET组成的高电压调节器

如图2所示，当V_DD增加时，流过电路的电流I_DS增加，导致耗尽型MOSFET源极电位V_S升高，即V_GS绝对值│V_GS│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R_L两端的电压V_S无限接近器件的关断电压│V_GS（OFF）│，即V_S≈│V_GS（OFF）│，即V_S钳位在│V_GS（OFF）│处，不再随输入电压V_DD的增加而变化。负载RL流过的电流等于I_L=V_S/R_L，也不随输入电压V_DD的增加而变化。V_DD的最大值V_DD,_MAX=BV_DSX+│V_GS（OFF）│，其中BV_DSX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。

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。

图3. 耗尽型MOSFET与运算放大器配合使用

如图3所示，V_o与V_i具有如下关系：

V_o = V_i× ( 1 + R₂/R₁)

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V_s：

V_s=V_o + │V_GS（OFF）│

其中， V_GS_（_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，保证系统的安全、正常工作。

可以选择的器件有DMX1072、DMS4022E、DN2530、BSS149等。

典型应用电路

图4. 带HRAT功能的智能变送器典型示意图

在图4中，可以选用方舟微 DMX1027和DMS4022E耗尽型MOSFET，给环路供电型4mA~20mA数模转换电路AD421供电。

DMX1072参数：采用SOT-89封装，耗散功率1W，耐压高达100V，饱和电流大于0.7A，导通电阻最大值2Ω，如果直接用在4mA~20mA供电环路中，可支持高达24V的电压输入。

也可以采用DMS4022E，可支持高达48V的高电压输入。同时能抑制高达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或破坏。

DMS4022E参数：采用SOT-223封装，耗散功率1.5W，耐压高达400V，饱和电流大于200mA，导通电阻最大值20Ω左右。

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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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