标签: 负载开关

在特定电路配置下，输出电压有时可能会高于输入电压。 这将导致反向电流状况，并可能损坏您的电路。那么，应该如何防止反向电流的损害? 以下有3种常见的方法可以防止反向电流 - 二极管，MOSFET 和 负载开关。 二极管 二极管提供最简单且最便宜的反向电流保护方法。 但是，对于典型的二极管，二极管上的正向压降将Vcc限制在0.6V-0.8V，并增加了系统的功耗。 您可以选择肖特基二极管以減少正向压降，但它们較昂贵，而且有較多的反向电流泄漏。 MOSFETS ( MOS管 ) 使用如下所示2个MOS管串联的好方法。在MOS管关闭时，可以阻止從两个方向上來的电流。 MOS管的压降低于二极管解决方案，但缺点是这种方法需要更多的空间。 负载开关 与MOS管一样，负载开关可在关闭时阻止两个方向上的电流。 它们还减少了占地面积和BOM数量。 例如，Texas Instruments 的 TPS22963C 1 负载开关是用于反向电流保护电路。 在通过ON引脚禁用器件并且VOUT被强制为外部电压后，只有非常少量的电流将从VOUT流向VIN。 这将防止在外部电压的电源上产生任何额外的电流负载。 来源：digikey.cn

作者：John Jing   主任应用工程师 为何使用负载开关 电源管理在消费电子和移动电子中扮演着越来越重要的角色。在系统级，先进的负载开关通过控制时序、待机功耗、输入电压暂降/下冲、过压保护/过流保护/过温保护和更多需要有限空间的应用中帮助实现简单、可靠和高成本效益的解决方案。 Fairchild 丰富的负载开关产品组合 Fairchild先进的集成式负载开关产品系列支持最新的移动工业和消费电子设备。 IntelliMAX™ 产品系列  将传统 MOSFET 与一整套保护、控制和故障监控功能相结合，促进电源管理实现高效率和可靠性，同时最小化电路板空间。应用包括便携式设备、机顶盒、DVD 播放器和消费电子、库存管理终端和便携式企业设备、键盘和按钮、GPS 系统和无线数据系统、低压工业与通信和医疗设备、计算， 以及硬盘驱动。 Fairchild 的压摆率控制负载开关控制 MOSFET 导通速度，帮助减小输入压暂降并避免触发欠压闭锁。过流保护负载开关允许用户设置电流限制，防止在下游电源/负载或者在三个保护选项中——恒流电源、关断或自动重启——出现过流时出现过热/过大应力。若在输出处检测到过压事件，过压保护负载开关会关断 MOSFET，以防止下游电源/负载遭受异常电压应力。 PowerMux 开关 为压摆率控制 MOSFET，能够在双输入间切换，来确定下游电源/负载来源。 使用负载开关设计工具在一分钟内就能完成设计   Fairchild 提供 100 多种先进负载开关，满足不同应用的各种要求。手动选择合适的开关并计算元件值非常繁琐耗时，尤其是当涉及要求设置电流，以及在故障条件下从三个保护选项（电流源/关断/重试）中进行选择的过流保护开关时更是如此。当使用关断特性时，需要特别注意输出电容器值，以避免提前关断，因为过大的电容器可能在启动期间触发过流限制。负载开关设计工具 考虑了所有因素，为安全运行提供了所有推荐元件值。用户可以在一个页面完成设计，从输入基本输入、输出要求、尝试不同可用开关、生成 BOM 文件到购买负载开关/索要负载开关样品。在每次规范更改后都会动态更新可用部件表格、原理图/元件值和 BOM。一分钟内就可以完成整个设计。 若要了解更多详情并开始设计，请访问Power Supply WebDesigner登录页，点击负载开关选项卡。

关键词： 电源开关、电源分布、负载开关、功耗、无线便携式电子 作者：Philippe Pichot， 德州仪器系统工程经理 ( TI )   电池供电系统中正越来越多地采用集成电源开关，旨在断开所有未用子系统。这些应用包括 RF 功率放大器、无线局域网 (WLAN) 或蓝牙® 模块、LCD 显示器等等，其目的是减少漏电流，或者通过一个稳定电源来配电。在诸如通信基础设施的非便携式应用中，人们现在更多地考虑使用负载开关，目的是要对系统总功耗进行优化，以符合节能或者绿色环保规定。   本文将讨论在无线应用中对负载进行开关操作时您需要考虑的一些重要规范。我们还会介绍一些传统的解决方案，并表明如何使用集成负载开关来创建一种经过优化且易于实施的解决方案。   大多数便携式电池供电无线应用（移动电话、便携式消费类电子产品、笔记本电脑或者其他使用 WLAN、蓝牙或任何其他无线协议的便携式设备）以及越来越多在电磁场环境（例如：RF 微波子系统等）下工作的非电池供电应用都面临如何管理其未用子系统功耗的挑战。这样做的目的是在符合严格的空间和成本规定的同时优化其功耗预算。   降低系统总功耗预算普遍使用的一种简单方法是关闭那些未使用的子系统。通过在电源轨上安装一个负载开关并在需要的时候连接和断开该电源轨可以轻松地实现上述方法。例如，我们可以在不使用的时候关闭某个 WLAN 电源模块，从而消除子系统漏电带来的电流损耗。使用同样的方法，越来越多的移动电话厂商往往会关闭闲置未使用的 RF 功率放大器，因为其存在大量的漏电流。在许多通信基础设施应用中，一些子系统会在夜间关闭以降低总漏电，因为夜间的数据处理要求并没有昼间那么高。   负载开关离散实施一般包括一个功率 MOSFET（通常为一个 p-通道 FET，但也可根据应用需要使用 n-通道），其门极偏置以获得要求的性能。MOSFET 偏置电路通常包括一个 NMOS 以兼容低压控制信号，但为了提高功率 FET 的性能其构造更加复杂（例如：一个充电泵）。   理想情况下，您应该有一个与其输入一致的负载开关输出。但是，在实际运行中，由于存在开关的寄生效应，输出信号改变了。   要想设计一款基于负载开关的解决方案，下面是一些您需要考虑的最为重要的参数： r ON –通 FET 漏极到源极的导通状态电阻 I MAX 和 I PLS – 最大连续电流及最大脉冲电流 t RISE – 上升时间 V IH /V IL – 控制阈值 I CC 和 I SHUTDOWN – 静态电流和关断电流 输出放电特性   导通电阻明显是一个关键规范，因为它决定了流经 FET 的压降情况。低额定电流（200mA）的应用并不需要非常低的导通电阻，然而高电流的一些应用通常会要求较低的 r ON FET，目的是最小化压降和相关功耗。流经开关的电压损耗情况可通过公式  来进行简单的计算。   除了设计人员要对其进行开关操作的最大连续电流以外，考虑开关能够接受的最大脉冲电流也至关重要。在无线应用中，一些负载由温和的连续电流组成，而这些电流的后面紧跟着 RF 功率放大器带来的电流脉冲。例如，占空比为 12.5% 时，576µS 时间内 GSM/GPRS 突发传输会吸取高达 1.7A 的电流。因此，对设计进行一定调整以符合这类脉冲电流要求很重要。   您需要考虑的另一个重要参数是开关首次开启时产生的浪涌电流。如果自由开启开关，同时也取决于输出电容的大小程度，开关输出会出现大浪涌电流带来的电源轨压降，而其最终将影响整个系统的功能性。避免出现这种浪涌电流的一种简单方法是延长开关的上升时间。这样便可缓慢地对输出电容器充电，从而降低电流峰值。为了控制功率 FET 的上升时间，可尝试使用一个外部电阻-电容网络。   另外，开关从“开启”转换到“关闭”状态时，一些用户不喜欢电源轨浮动。因此，在关闭开关时，可利用一个附加晶体管来下拉接地输出。   考虑过这些重要问题以后，对于一名经验丰富的设计人员来说，基于离散式半导体组件来实施一款对系统不同负载进行开关的解决方案就是一件十分简单的事情了。但是，从零开始实施这种解决方案可能会花费大量的时间。更为重要的是，从解决方案体积和成本的角度来看，其可能并非最佳。一个基本负载开关包括由一个功率 PMOS FET、两个 NMOS FET、一个负载电阻（让其兼容低压逻辑信号，并在闲置不用的时候对轨放电）以及一个控制上升时间和避免浪涌电流的 RC 时间常数组成。这种解决方案至少使用 6 个组件，并要求 8mm 2 到 20 mm 2 以上的空间，具体取决于导通电阻要求和所使用的封装类型。   为了减少设计工作量并缩短产品上市时间，半导体供应商们推出了一些易于实施、成熟、完全合格的集成负载开关作为其系列产品的组成部分，例如： TPS22924C 或者 TPS22902 等。诸如此类的 IC 均具有我们前面介绍的单个超小型封装特性。用户现在可以在减少 90% 板级空间需求的同时简化其子系统负载管理，如 图 1 所示。     图 1 100-mOhm 和 10-mOhm 开关要求离散式解决方案与负载开关 IC 空间分析对比   结论 使用集成负载开关，是实施分布式电源架构并优化子系统功耗管理的一种简单方法。因其灵活性、易于实现性，以及更少的组件数目和更高的总可靠性——最终带来更短的产品上市时间，集成负载开关解决了广大设计人员面临的诸多无线应用难题。   参考文献   如欲了解本文所述技术和产品的更多详情，敬请访问： http://focus.ti.com.cn/cn/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analogfamilyId=1643uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T 。   作者简介   Philippe Pichot 现任 TI 电源管理事业部战略市场营销人员兼系统工程经理。Philippe 毕业于法国北方高等电子学院 (Institut Superieur D’Electronique du Nord　(ISEN))， 获电子工程理学士学位。