MOSFET元器件及限流開關有哪些妙用？-KIA MOS管

限流保護開關

限流開關，英文一般叫做Current limit switch。簡要介紹一下，這款器件內部就是集成了一個PMOS開關管（當然其主要電路不止一個MOS），MOS管也是集成電路當中最基本元器件。先介紹一下這款器件的主要用途和其工作原理。

這款器件主要用于USB端口的過流和短路保護，能有效防止因外部短路造成的USB接口的燒壞情形，有統計表明，數碼產品失效有超過40%跟USB接口有關系，出現不良比較多的是USB接口死機，USB接口燒壞等等，究其原因，主要是過流損壞以及靜電損壞。

為什么要在USB接口處進行過流保護呢？

如圖1所示，USB相關規范規定的USB主機的VBUS引腳為下游設備提供標準5V電壓(允許5%的誤差，即4.75~5.25V)，

實際應用中，外部設備的線纜在接口處反復插拔，電流在這里通通斷斷，尤其熱插拔大的容性負載的時候，會引起端口數十安培的浪涌電流；接口處也有可能因為進入異物導致短路。

出現這兩種情形，輕則導致USB接口處線纜被燒壞，重則燒壞后端控制芯片。因此，需要對USB接口進行限流保護。

傳統的PTC保護方案

圖2所示，傳統的保護方案是在VBUS線上串聯一個可恢復保險絲（PTC）。

PTC的缺點有: 斷開時間慢、導通電阻大、過流點不精確、環境溫度影響大。可恢復保險絲（PTC）在經歷過一次斷開保護或處于高溫環境下，如波峰焊后，其電阻可能永久性的增加。

與之相比，使用限流開關的方案就有許多優點，器件內部集成的MOS管是PMOS，具有比較低的導通電阻，只有80毫歐姆左右，低的導通電阻有利于減小落在器件本身的壓降，使USB端口輸出電壓能夠符合標準。

應用很簡單，如圖3所示

下游設備與USB接口連接，設備電源由VBUS 提供，當設備短路或發生過流故障時，通過限流開關可及時使VBUS 輸出限流，并使故障輸出標志位 輸出一個低電平信號。

這就避免了由于電源過載從而可能導致的系統癱瘓和產品不能正常工作。另外，微處理器通過對故障標志位的檢測，可進行故障告警等處理措施，有利于故障定位、系統狀態顯示等操作。

當然，利用限流開關的使能管腳EN，可非常方便的對設備進行配電管理。

在一些應用中，下游設備即使在待機狀態其漏電流也相對較高，有的可達幾十μA甚至數mA，若通過EN管腳關閉VBUS的供電，此時關斷電流小于1μA，這將極大地節省功耗，這在電池供電產品中非常有利，可有效延長電池使用時間。

MOS管大家應該都不陌生，金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管（field-effect transistor）。

MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為“N型”與“P型” 的兩種類型，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其基本原理還是利用半導體材料的性質做成的開關器件，電腦的CPU就是由很多很多的場效應晶體管組成。

下圖4是其電路符號，圖5是其結構原理圖。

集成芯片就是在一塊硅片上通過光刻，腐蝕等各種復雜工藝一步一步做出許多這樣的最基本的結構，最終通過金屬連線連接成復雜電路的。

可以說，MOSFET是集成電路里面最基本的元器件，數億只晶體管協同工作，通過開或關兩種狀態，組成二進制的1或0，這就是為什么其實電腦的核心CPU處理的最基本的數據是二進制的原因。

MOSFET的工作原理要當一個夠大的電位差施于MOSFET的柵極與源極（source）之間時，電場會在氧化層下方的半導體表面形成感應電荷，而這時所謂的“反型層”（inversion channel）就會形成。

通道的極性與其漏極（drain）與源極相同，假設漏極和源極是N型，那么通道也會是N型。通道形成后，MOSFET即可讓電流通過，而依據施于柵極的電壓值不同，可由MOSFET的通道流過的電流大小亦會受其控制而改變。

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