得益于物联网革命,我们看到越来越多的设备通过 Wi-Fi® 和蓝牙® 连接到云。例如,当您的智能手机处于待机模式时,负载开关通常用于通过禁用无线电(和其他耗电子系统)来节省电力。这降低了设备的整体功耗,使电池的使用寿命更长。
将负载开关视为电子灯开关,用于打开和关闭负载。基本负载开关只有四个引脚:V IN、V OUT、ON 和 GND。图 1 显示了更复杂的负载开关中的功能。)打开负载开关(通过将 ON 置为高电平)可以让电流从 V IN流向 V OUT。当您关闭开关时,没有电流从 V IN流向 V OUT,并且下游的所有内容也都关闭。负载开关的待机功耗有效地替代了V OUT上负载的待机功耗。
图 1:通用负载开关框图
举一个现实世界的例子,假设我们有一个 WiFi 或蓝牙无线电,在睡眠模式下消耗大约 5μA 的电流。我将使用TPS22915 负载开关进行比较使用和不使用负载开关时的节能效果。如前所述,如果没有负载开关,无线电处于待机或睡眠模式时的功耗将约为 5μA。在TPS22915 的数据表中,典型 I SD(关断电流)为 0.5μA(不要与 7.7μA 的 I Q或静态电流额定值混淆,这是负载开关的有功功耗)。添加TPS22915(图 2),功耗降低 10 倍!
图2:带负载开关和不带负载开关的待机功耗比较
现在假设我们的 Wi-Fi 芯片性能稍低,并且在待机或睡眠模式下消耗接近 250μA 的电流。添加TPS22915现在功耗降低了 500 倍!通过节省电量,您可以使用更小的电池来缩小终端设备的尺寸,或者延长它们在充电之间的使用寿命。
选择负载开关时,确保其具有适合您的应用的正确额定值非常重要。密切注意最大电压、最大电流和导通电阻 (R ON )。确认负载开关的额定电压和电流正确后,确定可接受的功率损耗(V=IR 压降)。TI 提供多种负载开关可供选择;该系列中的最新产品是TPS22915。TPS22915 的典型R ON为 38mΩ。对于 1.5A 负载,负载开关两端的压降为 57mV (VOUT=1.5A * 38mΩ)。对 V IN施加 3.3V、1.5A 的电压,V OUT将约为 3.24V。
随着负载电流增加,负载开关的R ON变得越来越重要,因为电压降随电流变化。这就是为什么TPS22915在 3.3V 时的 R ON比类似负载开关低 31%的重要性。如果没有TPS22915,V OUT将约为 3.21V,而不是 3.24V。图 3 比较了 R ON和 V IN。
图 3:领先 5.5V WCSP-4 负载开关的R ON与 V IN的比较