Почему резисторный делитель используется на затворе P-канального МОП-транзистора дискретной цепи питания USB?

Я заметил эту дискретную цепь питания в конструкции комплекта разработки аудио ESP32-A1S Wi-Fi+BT :

введите описание изображения здесь

Извините, но к сожалению ни одно из обозначений не пронумеровано и резисторы не имеют номиналов. Я позволил себе пронумеровать их D1, Q1, R1 и R2. Я также явно указал диод корпуса Q1 (как указал @Damien ).

Я понимаю работу D1, Q1 и R2. Когда USB отключен, ток поступает от VBAT к VCC5V через внутренний диод Q1. R2 переводит затвор Q1 в 0 В, и Q1 включается, так что падение напряжения намного ниже, чем на внутреннем диоде Q1 (так называемая «идеальная функция диода»). При подключении USB Q1 отключается, а VBUS подает ток на VCC5V через D1 (с обычным падением напряжения на диоде). Предпочтительный путь тока — через D1, потому что VBUS >= 4,4 В, а VBAT <= 4,2 В.

Обновление: вот конструкция, которую я использовал (я указал нормальные диапазоны напряжения + 5V_USB и + VBAT; явно показаны ворота, исток и сток MOSFET):

введите описание изображения здесь

Конструкции, которые я видел и использовал, не имеют R1 (R1 = 0 Ом). Должна быть веская причина, по которой они включили R1. Может ли кто-нибудь предложить объяснение и какие номиналы резисторов хороши?

Обновление: спасибо @Cristobol за указание на скачки напряжения (например, ESD) на VBUS / +5V_USB. Резистор с низким номиналом для R1 (например, 1 кОм) обеспечит некоторую защиту для Q1 с Vgs_max = +-8 В (конечно, только если Q1 имеет внутренний стабилитрон, подключенный между затвором и истоком для защиты затвора).

Обновление: спасибо, @Dorian ! Я думаю, что ваш ответ превосходен! Резистивный делитель предотвращает кратковременное падение напряжения VCC5V в то время, когда USB отключен, а VBUS (аккумулятор) должен взять на себя управление и подавать ток.

У него не припаян R1, или R1 есть и 0 Ом?
Исправьте пожалуйста схему, в первой перепутан паразитный диод, во второй перепутан Q1!!!!! Вторая конструкция работает как простой диод, подключенный к VBAT и VPWR.
@Dorian, на самом деле это предполагаемое направление паразитного диода и Q1. Вы можете увидеть это использование, когда вы ищете «обратная защита батареи с помощью MOSFET», например, TI SLVA139 . Паразитный диод должен работать до тех пор, пока Q1 не включится. См. также рисунок 1 в FAQ по линейным P-канальным контроллерам PowerPath и идеальным диодам . Направление P-Channel MOSFET одинаковое.
Кроме того, если бы Q1 был перевернут, паразитный диод позволил бы току течь к батарее, когда USB был подключен.
Проводит не паразитный диод, а сам Q1, который остается открытым до некоторой степени. Во втором звене контроллер переключает затвор, так что Q1 открывается в нужное время, сравнивая напряжение батареи с напряжением нагрузки, вы не можете добиться этого с такой простой схемой. Верно для батареи, подключенной с обратной полярностью.

Ответы (3)

В то время как VBUS падает с 5 В до 0, Q1 открывается допоздна при VBUS ниже 3,3 В (при пороговом напряжении затвора 0,7 В), а VCC5V упадет до .

R1 и R2 образуют делитель, повышающий пороговое напряжение VBUS примерно на 4 В.

Это правда, как заметил Дэмиен, это конструктивный недостаток, заключающийся в том, что обратный диод Q1 может вызвать проблемы, если VBUS слишком высокий или батарея сильно разряжена.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

См. здесь результаты моделирования для R1 = 0 (VBUS по оси X, ток батареи и напряжение нагрузки по оси Y), напряжение нагрузки падает до 2,8 В, а VBUS изменяется от 0 до 5,2 В.

введите описание изображения здесь

и то же моделирование с R1 = 15 кОм, напряжение нагрузки стабильно, пока D1 не проводит.

введите описание изображения здесь

Спасибо за действительно отличный ответ! Спасибо также за демонстрацию того, как имитировать переходный процесс при переключении с USB на батарею. Теперь это имеет смысл :)

Я понимаю работу D1, Q1 и R2. Когда USB отключен, R2 переводит затвор Q1 в 0V, а Q1 включается, так что VBAT.

На самом деле это не так. VBat всегда питает VCC5V из-за защитного диода в Q1, единственная разница в том, что когда он вытянут вниз, он будет иметь меньшие потери, так как mos переключится.

Предположительно это должно работать так: Так как батарея на 3,7В, при подключении USB, R2 (0Ом) подтянет затвор до 5В, и таким образом отключит батарею от цепи, если порог затвора ниже 1,3В , потребляя ток от USB вместо аккумулятора.

Но эта реализация довольно странная, и если VUSB по какой-то причине увеличится, или напряжение батареи уменьшится, вы можете перегрузить батарею и получить хороший огонь. Кроме того, пороговое напряжение затвора сильно зависит от температуры.

Я видел, как этот делитель использовался раньше в случаях, когда напряжение затвор-исток было бы превышено при прямом соединении. Это кажется немного чрезмерным для 5 В, но, возможно, у полевого транзистора есть защитный диод от истока до затвора, который обеспечит путь от VBUS прямо к батарее. Также это может быть защита от пиков или шума на VBUS. Конечно, может быть, просто он был скопирован с более высоковольтной схемы. Мои деньги на защитный диод.

Почему резисторный делитель используется на затворе P-канального МОП-транзистора дискретной цепи питания USB?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v