【应用】耗尽型MOS管在街灯控制中的设计思路和使用优势详解
通过采用耗尽型MOS管，可以极大地拓展线性稳压器输入电压范围。该拓展电路能够广泛地应用于各类CMOS芯片，小型模拟电路和其他小电流的负载。采用耗尽型MOS管的线性稳压器可用于一些直接接入市电的情况，也可用于一些输入电压变化较大或有电压尖峰的情况。
本文中，方舟微电子针对街灯自动控制的应用情况，介绍一种耗尽型MOS管的应用方式，如图1所示。街灯自动控制电路需要一个稳定的5V电压对放大器供电。采用耗尽型MOS管DMZ6005E和三端稳压器RH5RA50AA的设计，可以直接接入从110V/220V的市电整流的155V/310V左右的直流电压，并且可以抑制各种感性负载和辐射等所造成的高瞬态电压；该电路还可以获得极低的静态电流（待机电流）以最小化线性稳压器的功率损耗。此外，采用耗尽型MOS管DMZ6005E的电路布局非常简单、紧凑，而且成本低廉。
电路分析
如图1所示，市电经二极管整流，C1滤波之后，通过耗尽型MOS管DMZ6005E和三端线性稳压器RH5RA50AA输出稳定的5V电压。由集成运放Max406来控制MOS管FTP06N40的开关。集成运放Max406最大输出电压为2.45V。当环境光线较暗时，VSENSE电位将高于3.75V，集成运放Max406输出2.45V的高电位使FTP06N40开启，电流通过继电器电感吸合街灯通路的开关使街灯点亮。
耗尽型MOS管DMZ6005E采用源跟随器的连接方式，其栅极接三端稳压器的输出端VOUT，其源极接三端稳压器的输入端VIN。在接入市电之前，DMZ6005E三端电压皆为0V，一旦接入市电，由于DMZ6005E沟道为自然开启，电流将通过DMZ6005E为电容C2充电，提高VIN电位，VOUT的电位随之提高直到为稳定输出5V。
输入电压范围拓展
由于RH5RA50AA的输入电压最大值为13.5V，而DMZ6005E可承受高达600V的击穿电压， 则通过DMZ6005E的使用可使输入电压范围为13.5V～600V。
高的瞬态电压保护
图2
当正或者负的瞬态电压作用于 HVIN时，图 1 所示电路仍能够获得较好的保护：负的瞬态电压将被二极管1N4005所承受，而正的瞬态电压由于DMZ6005E 的保护对电路也不能够产生影响，三端稳压器输出5V电位仍然十分稳定。
DMZ6005E具有很高的动态电阻 ro达1MΩ；而且具有极低的漏-源电容 CDS，约为1.5pF。 DMZ6005E采用源极跟随器的连接方式可以很好阻止由 HVIN传入的高压瞬态作用于 VIN。图 2（a）内虚线框内等效电路图如图 2（b）所示。如果300V正的瞬态电压脉冲作用于 HVIN，其上升时 间为 10ns，瞬态电压将由 1 MΩ 的 ro和 1.5pF 的 CDS作用于 VIN。
高纹波抑制比
纹波抑制比（Ripple Rejection Ratio）用于表示输出信号受到了供电电源的影响。
图3
如图3所示，输入直流电压为9V，如果有幅值为 2V 频率为 1MHz 的正弦直流电压纹波作用于输入端 HVIN时，其纹波的峰峰值为 4V。经测试，负载为 5KΩ 电阻的情况下的纹波抑制比 为 70dB。而不采用耗尽型MOS管 DMZ6005E 时，采用同样的电压输入时，其纹波抑制比约为 2.8dB，远小于采用耗尽型 MOS 管时的情况。
启动瞬态抑制
当电路输入电压加入 10V 直流电压，将在 100ns 内从 0V 上升到 10V。如果没有耗尽型管 DMZ6005E 进行保护，如图 4（b），启动过程中产生的瞬态电压尖峰可达 7.6V，可能会损坏灵敏负载，比如 CMOS 电路。而采用DMZ6005E 的保护，如图 4（a），其输出电压将不会产生电压尖峰。
综上所述，采用耗尽型MOS管在街灯控制中具有如下优点：
(1) 大大拓展输入电压范围：13.5V～600V；
(2) 高的瞬态电压保护能力；
(3) 极大的提高纹波抑制率；
(4) 开启瞬态抑制能力。
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产品型号
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品类
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ID (A)
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RDSON(Ω) Typ.
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Package
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VGS (V)
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BVDSS (V)
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DMZ1511NE
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耗尽型MOSFET
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0.1
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10~25
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SOT-23
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-3.3~-1.5
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150
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选型表 - 方舟微 立即选型
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产品型号
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品类
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阈值电压(V)
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击穿电压(V)
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导通电阻(Ohm)最大值
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额定电流(A)
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导通电阻(Ohm)典型值
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备注
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封装形式
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FTX30P35G
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增强型MOSFET
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-1～-3
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-350
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30
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-0.2
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18
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P Channel MOS
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