01前言

在PD快充的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，PWM控制器的啟動(dòng)供電是一個(gè)基礎(chǔ)而關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到系統(tǒng)能否可靠啟動(dòng)以及整機(jī)待機(jī)功耗的高低。啟動(dòng)電路需要在系統(tǒng)上電時(shí)為控制器的VDD電容提供足夠的充電電流，使其快速達(dá)到啟動(dòng)閾值，并在啟動(dòng)完成后能夠徹底關(guān)斷，避免不必要的功率損耗。

當(dāng)前主流方案主要有集成高壓啟動(dòng)的PWM芯片、傳統(tǒng)電阻啟動(dòng)以及基于分立式耗盡型MOSFET的有源啟動(dòng)。其中，耗盡型MOSFET憑借其零柵壓導(dǎo)通的“常開”特性，為需要外置啟動(dòng)元件的設(shè)計(jì)提供了兼顧快速啟動(dòng)與超低待機(jī)功耗的理想技術(shù)路徑。

02原理及特點(diǎn)

耗盡型MOSFET的關(guān)鍵特性是：在柵-源電壓(VGS)為零時(shí)，器件處于導(dǎo)通狀態(tài);只有當(dāng)柵極施加足夠的負(fù)電壓(|VGS| > |VGS(off)|)時(shí)，器件才會(huì)關(guān)斷。這一特性使其高度適配開關(guān)電源高壓啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。

在典型的PD快充應(yīng)用中，耗盡型MOSFET的工作過程如下：

上電瞬間：器件處于導(dǎo)通狀態(tài)(|VGS| < |VGS(off)|)，電流從高壓母線經(jīng)限流電阻為PWM IC的VDD電容充電。

啟動(dòng)完成：當(dāng)VDD電壓達(dá)到IC啟動(dòng)閾值后，輔助繞組開始供電，并通過外圍電路(如低壓MOSFET/BJT或控制IC的專用引腳)將耗盡型MOSFET的柵極拉至負(fù)電位(相對(duì)源極電位為負(fù)，且|VGS| > |VGS(off)|)，使其關(guān)斷。

穩(wěn)態(tài)工作時(shí)：器件保持關(guān)斷狀態(tài)，漏電流極低(通常小于100nA)，將連接高壓母線的電流電路徑切斷，有助于實(shí)現(xiàn)較低的待機(jī)功耗。例如，采用DMZ6012E/DMZ6005E的方案可實(shí)現(xiàn)整機(jī)待機(jī)功耗小于5mW。

03高度適配啟動(dòng)需求

隨著PD快充向更高功率(如140W、240W)發(fā)展，以及不同PWM IC的啟動(dòng)電流需求日趨多樣化，對(duì)啟動(dòng)元件的電流能力和散熱性能提出了更高要求。

ARK(方舟微)推出的DMZ6012E是一款600V耗盡型MOSFET，在電流能力、導(dǎo)通特性和散熱設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了優(yōu)化，可更好地適應(yīng)當(dāng)前PD快充方案的設(shè)計(jì)需求。

1. 更大的電流能力，設(shè)計(jì)冗余更充足

DMZ6012E的連續(xù)漏極電流(ID)為40mA，脈沖電流(IDM)可達(dá)160mA。在實(shí)際啟動(dòng)回路中，充電電流通常由限流電阻(一般典型值300kΩ~3.3MΩ)決定，以310V母線電壓計(jì)算，充電電流約為0.1mA~1.03mA。DMZ6012E的額定電流遠(yuǎn)高于實(shí)際工作電流，留有充分的設(shè)計(jì)余量，可適配不同PWM IC的啟動(dòng)需求，尤其適用于VDD電容容量較大或啟動(dòng)電流需求稍高的控制IC，有助于提升啟動(dòng)可靠性。

2. 優(yōu)化的導(dǎo)通電阻，兼顧啟動(dòng)效率

DMZ6012E的導(dǎo)通電阻典型值為120Ω(@VGS=0V)。在啟動(dòng)階段，這一阻抗值可在保證足夠充電電流的同時(shí)，避免過大的沖擊電流。同時(shí)，較低的導(dǎo)通電阻有助于減小器件本身的瞬態(tài)導(dǎo)通損耗，縮短VDD電容的充電時(shí)間，加快系統(tǒng)啟動(dòng)速度。

3. 芯片設(shè)計(jì)優(yōu)化，改善瞬態(tài)散熱能力

DMZ6012E在芯片尺寸上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，更大的芯片面積帶來更好的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)能力，可在啟動(dòng)瞬間更有效地將熱量從結(jié)區(qū)傳導(dǎo)至封裝表面。雖然啟動(dòng)過程時(shí)間極短，但在高環(huán)境溫度或頻繁啟動(dòng)的工況下，良好的散熱能力是保障長期可靠性的因素之一。DMZ6012E沿用SOT-23緊湊封裝，便于在空間有限的PD快充板上布局。

4. 增強(qiáng)ESD防護(hù)，提升生產(chǎn)良率

DMZ6012E集成了ESD靜電防護(hù)功能，人體放電模式(HBM)下的ESD耐受能力超過1000V。這一特性有助于抵御生產(chǎn)過程中的靜電損傷，降低貼片環(huán)節(jié)的失效風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)提升整機(jī)生產(chǎn)良率和長期穩(wěn)定性具有積極意義。

DMZ6012E在快充方案中的應(yīng)用電路如下圖所示：

04結(jié)語

在需要外置高壓啟動(dòng)元件的PD快充方案中，耗盡型MOSFET以其常通導(dǎo)通、可徹底關(guān)斷的特性，為實(shí)現(xiàn)可靠啟動(dòng)和較低待機(jī)功耗提供了一條成熟的技術(shù)路徑。

ARK(方舟微)DMZ6012E作為一款升級(jí)型耗盡型MOSFET，憑借40mA電流能力、120Ω導(dǎo)通電阻、優(yōu)化的散熱設(shè)計(jì)以及增強(qiáng)的ESD防護(hù)，為工程師提供了更充裕的設(shè)計(jì)冗余和更可靠的性能保障。