电子产品世界

在电子电路设计与调试的过程中，常常会遇到各种令人头疼的问题，正所谓 “电路和我有一个能跑就行，电路不跑我就跑”。这次，我们就来深入探讨一起电池采样电路异常的案例，看看其中隐藏着怎样的玄机。

问题描述

某产品的电池采样电路样机出现了概率性的异常情况，大约有 40uA 额外的漏电流，具体表现为五台样机中就有一台出现这种现象。经过细致的排查，问题最终定位到了 PMOS 管上，并且发现更换 PMOS 管能够解决这个问题。该电路的原理图如下所示：

图 1 电池采样电路原理图

原理图分析

当 ADC_EN 为高电平时，NMOS 管 Q20 导通，进而使得 PMOS 管 Q19 导通，此时 ADC1 能够采集得到 VIN 的电压，根据电路原理，ADC1 的电压值近似为 VCC * 4.7K / 104.7K。而当 ADC_EN 为低电平时，NMOS 管和 PMOS 管均处于关断状态，按照理论分析，此时在 R66 和 R67 上不应该有漏电流，这也是低功耗电路设计的基本要求。

图 2 电路状态分析
然而，实际情况却与理论分析不符。在 Q19 截止的时候，仍然会出现 40uA 的漏电流，这显然是电路存在异常的表现。

原因分析

为了找出问题的根源，设计人员经过仔细与群友核对 VIN 电压后，发现 VIN 对应的电池电压为 12V，并且当电池充满电后，其电压会更高，大于 12V。进一步调查发现，这个原理图是从 4.2V 的锂电池采集电路里直接拷贝过来的。
当 NMOS 管导通后，PMOS 管两端的 VGS 电压几乎等同于 VIN，也就是大于 12V。而该电路中采用的 PMOS 管型号为 AO3401，其 VGS 耐压绝对最大值为 ±12V。结合之前更换 PMOS 管能够解决问题的现象，可以推测是 PMOS 管的 VGS 过压导致其内部受到损伤，从而产生了额外的漏电流。

图 3 PMOS 管电压分析

解决方案

针对上述问题，我们可以采取以下几种解决方案：

1. 电阻分压后控制 PMOS：通过合理设置电阻分压电路，降低 PMOS 管两端的 VGS 电压，使其处于安全的工作范围内。更改后的电路图大致如下：
   
   图 4 电阻分压控制 PMOS 电路图

2. 更换 VGS 耐压更高的 PMOS：选择 VGS 耐压更高的 PMOS 管，例如 AO3407，以确保在实际工作电压下，PMOS 管能够正常工作，避免因过压而损坏。
   
   图 5 高耐压 PMOS 管

3. 当然，“提桶跑路” 只是一句玩笑话，在实际工作中，我们应该积极面对问题，通过科学的方法和严谨的态度去解决问题。
   
   图 6

关键词： 电池采样电路 PMOS管