為了最大極限地下降功耗，一個(gè)簡(jiǎn)略的MOSFET一般用于為未運用的電路供給電源?？墒?，更好的挑選是運用負載開(kāi)關(guān)，因為它具有額定的功用來(lái)處理電源軌辦理的許多奇妙和改變多端的問(wèn)題。
負載開(kāi)關(guān)供給一系列來(lái)自多個(gè)供貨商的功用參數和額定值，這使得運用優(yōu)先級和可用部件之間的合作杰出。
本文將扼要評論IC和電路關(guān)斷概念，然后介紹適宜的負載開(kāi)關(guān)選項以及怎么運用它們。
掉電選項
經(jīng)過(guò)暫時(shí)封閉不需求的功用來(lái)最小化功耗是規范的體系戰略。出于這個(gè)原因，許多IC具有用戶(hù)導向的超低功耗靜態(tài)形式。
可是，將IC置于靜態(tài)形式只會(huì )封閉IC而不是關(guān)聯(lián)電路，其間包括其他功耗耗散無(wú)源器材（主要是電阻器）以及有源分立器材，如晶體管。因而，規劃人員常常轉向運用簡(jiǎn)略的MOSFET來(lái)封閉整個(gè)子部分的電源。
即便經(jīng)過(guò)使能操控線(xiàn)可封閉電源（LDO或開(kāi)關(guān)）以下降其負載子電路的閑暇形式功耗，也可能需求此MOSFET。原因在于，盡管節約可能很大，但即便在關(guān)機形式下，許多電源的走漏電流也相對較大，因而節電可能不行。
盡管運用恰當巨細的MOSFET作為電源導軌開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)確實(shí)可行，但MOSFET獨自供給的功用和功用很少，并且一般無(wú)法支撐其他開(kāi)/關(guān)切換要求。此外，電路規劃人員有必要為MOSFET供給適宜的柵極驅動(dòng)器，這成為“待辦事項”列表中的另一項內容，因而添加了規劃雜亂性，時(shí)刻，空間和本錢(qián)。
負載開(kāi)關(guān)供給了“一體式”解決計劃
一種更好的辦法是運用“負載開(kāi)關(guān)”IC，這是一種通路元件MOSFET，并在小型封裝中添加了額定的電源辦理功用。大多數負載開(kāi)關(guān)只要4個(gè)引腳，每個(gè)引腳有一個(gè)用于輸入電壓，輸出電壓，邏輯電平使能和接地（圖1）。
根本負載開(kāi)關(guān)圖四端子設備
圖1：根本負載是一個(gè)四端器材，它將MOSFET和MOSFET驅動(dòng)器集成在一個(gè)易于運用的封裝中。（圖片來(lái)歷：德州儀器）
操作十分簡(jiǎn)略：當負載開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)ON引腳啟用時(shí)，通路FET導通，并答應電流從輸入（源）電壓引腳流向輸出（負載）電壓引腳。與根本MOSFET相同，經(jīng)過(guò)“開(kāi)關(guān)”的直流電阻僅為幾毫歐（mΩ），所以電壓下降，相關(guān)的功耗也是如此。
負載開(kāi)關(guān)不僅僅是一個(gè)MOSFET和一個(gè)驅動(dòng)器，它能夠經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)略的邏輯電平信號來(lái)敞開(kāi)/封閉。盡管獨自運用這種功用可能會(huì )使負載開(kāi)關(guān)比選用獨自驅動(dòng)器的MOSFET更好，但負載開(kāi)關(guān)的功用更多（圖2）。
負載開(kāi)關(guān)功用的圖畫(huà)
圖2：負載開(kāi)關(guān)一般具有其他功用，包括放電操控，擺率操控，各種形式的維護和毛病監督。（圖片來(lái)歷：Vishay Siliconix）
除了邏輯電平操控功用外，為什么還要運用負載開(kāi)關(guān)？有幾個(gè)原因：
全體驅動(dòng)器辦理對門(mén)極的充電和放電，從而供給MOSFET導通/關(guān)斷周期上升/下降時(shí)刻的變換速率操控。這能夠優(yōu)化MOSFET功用，防止過(guò)沖和振鈴，并將不合需求的EMI / RFI降至最低。
此外，經(jīng)過(guò)操控開(kāi)關(guān)中MOSFET的導通時(shí)刻，能夠防止因為快速測驗對負載電容充電導致的闖入電流的俄然添加而導致輸入電壓軌下垂。假如相同的輸入軌還為其他有必要堅持充沛供電的子體系供電，則此問(wèn)題會(huì )出現問(wèn)題。
一些負載開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)輸出和地之間的片上電阻供給快速輸出放電（QOD）功用; 當器材經(jīng)過(guò)ON引腳禁用時(shí)，該形式被激活。這會(huì )使輸出節點(diǎn)放電，并防止輸出浮空，這會(huì )在負載電路未封閉到界說(shuō)狀況時(shí)導致不需求的活動(dòng)。
請注意，此功用有時(shí)不受歡迎：假如負載開(kāi)關(guān)的輸出連接到電池，當經(jīng)過(guò)ON引腳禁用負載開(kāi)關(guān)時(shí)，這種快速輸出放電會(huì )導致電池耗盡 - 這不是好事！因而，一些供貨商將其作為單個(gè)設備中的可選功用供給，而另一些供貨商供給兩種負載開(kāi)關(guān)的變體，一種具有它，另一種不具備。前一種選項答應將多個(gè)相同部件用于單個(gè)產(chǎn)品，但在不同狀況下運用。
負載開(kāi)關(guān)能夠包括其他功用，例如熱關(guān)斷，欠壓閉鎖，電流限制和反向電流維護等，這些功用都能夠在電源和導軌上運用。這些維護功用有助于體系級完整性。
與開(kāi)端運用根本MOSFET來(lái)切換電源軌并添加這些功用比較，全體BOM，規劃時(shí)刻和房地產(chǎn)本錢(qián)能夠大大下降。
進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，負載開(kāi)關(guān)的運用并不局限于簡(jiǎn)略的封閉以節約電力。經(jīng)過(guò)運用一組負載開(kāi)關(guān)，單個(gè)較大的電源能夠為多個(gè)電路子部分供電，這些子部分的上/下功率經(jīng)過(guò)多個(gè)數字輸出操控下的規則序列和時(shí)序完成（圖3）。以這種方法，負載開(kāi)關(guān)充當更廣泛和有用的電源辦理操控計劃的門(mén)控元件。
負載開(kāi)關(guān)的圖畫(huà)答應單個(gè)電源驅動(dòng)多個(gè)負載
圖3：負載開(kāi)關(guān)答應單電源驅動(dòng)多個(gè)負載，每個(gè)負載都具有獨立的敞開(kāi)/封閉和相對守時(shí)。
請記住，負載開(kāi)關(guān)在其輸入側需求一個(gè)電容（一般為1微法（μF）），以限制由流入放電負載電容的瞬態(tài)涌入電流引起的輸入電源電壓降。他們還需求“看到”一個(gè)約為輸入電容值十分之一的負載電容; 假如負載小于這個(gè)值，應該添加一個(gè)小的輸出電容。
加載開(kāi)關(guān)參數
負載開(kāi)關(guān)的功用特點(diǎn)從用作開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)的規范FET開(kāi)端。這些包括：
導通電阻（R on）決議負載開(kāi)關(guān)兩端的電壓降以及開(kāi)關(guān)的功耗。典型值在幾十毫歐范圍內，但會(huì )隨單個(gè)供貨商產(chǎn)品和負載開(kāi)關(guān)電流容量而改變。規劃者有必要做一些根本的計算來(lái)斷定運用程序中的最大答應值。
最大電壓（V in）和電流（I max）額定值指定了開(kāi)關(guān)可接受的電壓有多高以及最大電流有多大。規劃師應該查看穩態(tài)值以及這些要素的瞬態(tài)和峰值。
其他參數是靜態(tài)電流和關(guān)斷電流。靜態(tài)電流是負載開(kāi)關(guān)導通時(shí)負載開(kāi)關(guān)所耗費的電流，因而成為糟蹋的功率。與負載自身耗費的功率比較，這能夠忽略不計。關(guān)斷電流是當開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷形式時(shí)從負載開(kāi)關(guān)“走漏”到負載的電流。
負載切換從簡(jiǎn)略到雜亂
用額定的功用的負載開(kāi)關(guān)的一個(gè)很好的比如是NCP330從安森美半導體。這是一個(gè)根本的N溝道MOSFET負載開(kāi)關(guān)，但它包括一個(gè)2毫秒的軟啟動(dòng)形式，用于突發(fā)負載的運用可能有害的狀況。在有電池容量有限的移動(dòng)運用中，這一般是必需的（圖4）。
安森美半導體的NCP330負載開(kāi)關(guān)圖
圖4：安森美半導體的NCP330負載開(kāi)關(guān)包括一個(gè)2毫秒的反轉形式，因而負載不會(huì )俄然連接到電源。這能夠防止供應和負載的各種操作和功用問(wèn)題。（圖片來(lái)歷：安森美半導體）
NCP330的導通電阻十分低，只要30mΩ，因而十分合適用于以3安培（A）（5 A峰值）充電的體系電池。假如電源連接到Vin引腳（高電平有用），則1.8 V至5.5 V器材將主動(dòng)啟用。假如沒(méi)有輸入電壓，它經(jīng)過(guò)一個(gè)內部下拉電阻堅持封閉狀況。還內置反向電壓維護。
Vishay Siliconix供給SiP32408和SiP32409擺率操控負載開(kāi)關(guān)（2.5 V 3.6 V時(shí)），規劃用于1.1 V至5.5 V的操作。SIP32409與SiP32408相同，但具有快速關(guān)斷輸出放電電路。其間一個(gè)要害特性是其導通電阻（一般為42mΩ）在1.5至5伏的大部分電源范圍內堅持平整。另一個(gè)特點(diǎn)是操控使能電壓也很低，所以它能夠用在低電壓電路中而不需求電平變換器（圖5）。
操控使能信號低和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的聯(lián)系圖
圖5：來(lái)自Vishay Siliconix的SiP32408和相似SiP32409負載開(kāi)關(guān)的操控使能信號低和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的聯(lián)系。（圖片來(lái)歷：Vishay Siliconix）
盡管負載開(kāi)關(guān)在封裝引腳的數量和功用方面是相對簡(jiǎn)略的器材，可是當電流流動(dòng)和可能的寄生效應時(shí)，布局仍然是個(gè)問(wèn)題。出于這個(gè)原因，最好運用公司建議的印刷電路板布局（圖6）以及1×1英寸（2.5×2.5厘米）評價(jià)板的頂部和底部布局（圖7）。
精心策劃的印制電路板布局和元件布局圖
圖6：需求細心規劃印刷電路板布局和元件布局，以完成負載開(kāi)關(guān)（如SiP32408和SiP32409）的悉數功用，以便地噪聲，寄生效應和電流不會(huì )影響最大功用。（圖片來(lái)歷：Vishay Siliconix）
SiP32408和SiP32409的電路板布局圖畫(huà)
圖7：除了展現SiP32408和SiP32409的首選印制電路板布局外，Vishay Siliconix還為這些器材的小型評價(jià)板供給布局。（圖片來(lái)歷：Vishay Siliconix）
在越來(lái)越常見(jiàn)的較低電壓下運用的負載開(kāi)關(guān)是德州儀器（Texas Instruments ）的TPS22970，它能夠在低至0.65 V至3.6 V的輸入電壓下作業(yè)（圖8）。導通電阻也很低，從1.8 V輸入典型4.7mΩ，在0.65 V時(shí)稍微上升到6.4mΩ。該開(kāi)關(guān)處理4 A的接連電流，通態(tài)靜態(tài)電流為30μA（典型值）輸入電壓為1.2 V，輸入電壓高于1.8 V時(shí)的關(guān)斷狀況電流為1μA。
TPS22970的根本運用圖
圖8：TPS22970的根本運用顯現了臨界輸入（源）電容和有時(shí)不必要的輸出（負載）電容; 它還清楚地表明負載開(kāi)關(guān)是簡(jiǎn)略的四端設備。（圖片來(lái)歷：德州儀器）
TPS22970具有150Ω的片內電阻，可在開(kāi)關(guān)禁用時(shí)快速放電輸出。這能夠防止由負載看到起浮電源引起的任何不知道狀況。在輸入電壓分別為3.6伏和0.65伏時(shí)，擺率操控的敞開(kāi)時(shí)刻分別為1.5毫秒（ms）和0.8毫秒。全面的數據表（長(cháng)達25頁(yè)，用于四端設備）包括許多詳細的表格和圖表，能夠從各種角度全面表征其功用。例如，它顯現了四個(gè)輸入電壓中每一個(gè)的上升和下降時(shí)刻與溫度的聯(lián)系（圖9）。
上升時(shí)刻（左）和下降時(shí)刻（右）與溫度的聯(lián)系圖
圖9：TPS22970的負載電阻為10Ω，負載電容為0.1μF時(shí)的上升時(shí)刻（左）和下降時(shí)刻（右）與溫度的聯(lián)系。（圖片來(lái)歷：德州儀器）
定論
MOSFET自身能夠供給一個(gè)簡(jiǎn)略的解決計劃來(lái)翻開(kāi)和封閉DC，以最大極限地下降功耗，完成多個(gè)負載的排序以及操控電源時(shí)序?？墒?，集成了MOSFET，驅動(dòng)器，擺率操控和各種形式的毛病維護的負載開(kāi)關(guān)一般是更好的挑選，因為它能夠在單個(gè)小尺度器材中供給所有這些額定功用。
負載開(kāi)關(guān)供給一系列來(lái)自多個(gè)供貨商的功用參數和額定值，能夠很好地習慣運用優(yōu)先級和可用部件。
|
|
|
說(shuō)明:本頁(yè)面文章由()整理發(fā)布.文章地址： http:///gongsixinwen/277.html
|
手機掃描二維碼
