為了盡量減少功耗，一個簡單的MOSFET通常被用來將電源傳送到未使用的電路。然而，更好的選擇是使用負載開關，因為它有額外的功能來處理電力軌道管理的許多細微之處和古怪之處。

　　負載開關提供了一系列性能參數和來自多個供應商的評級，這使得應用程序優先級和可用部件之間有很好的匹配。

　　本文將簡要討論集成電路和電路斷電概念，然后介紹合適的負載開關選項以及它們應該如何使用。

　　省電選項

　　暫時關閉不必要的功能，以最小的功率消耗是一個標準的系統策略。出于這個原因，許多ICS有一個用戶導向，超低功耗靜態模式。

　　然而，在靜態模式下放一個集成電路只會關閉集成電路而不是相關的電路，包括其他功率耗散無源器件(主要是電阻器)，以及有源分立器件，如晶體管。因此，設計者常常轉向簡單的MOSFET，把電源關到整個分段關閉。

　　這種MOSFET可即使電源的需要(無論是LDO或開關)可以關閉通過使控制線，以減少其負荷支路空閑模式下的功耗。其原因是，雖然節省可能是重要的，許多電源的泄漏電流是比較大的，即使在關機模式，所以節省電力可能是不夠的。

　　雖然使用一個適當大小的MOSFET作為功率軌/關開關工作，MOSFET的能力和功能本身可以提供的邊際，往往不能支持其他開/關開關的要求。此外，電路設計者必須為MOSFET提供一個合適的柵極驅動器，它成為“要做”列表中的另一項，因此增加了設計的復雜性、時間、空間和成本。

　　負載開關提供“全功能”解決方案

　　更好的方法是使用一個“負載開關”IC，它是一個旁路元件MOSFET，外加一個小封裝中的額外電源管理功能。大多數負載開關只有四個引腳，每一個輸入電壓，輸出電壓，邏輯電平啟用，和地面(圖1)。

　　基本負荷開關圖四端子裝置

　　

　　圖1：基本負載是一個四終端設備，它結合了MOSFET和MOSFET驅動器在一個單一的，易于使用的包。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　操作很簡單：當負載開關通過其引腳啟用時，通場效應管開啟并允許電流從輸入(源)電壓引腳流向輸出(負載)電壓引腳。作為一個基本的MOSFET的直流電阻，通過“開關”只有幾毫歐(m?)，因此電壓降低，因此相關的功耗。

　　負載開關不僅僅是一個MOSFET和一個驅動器，它可以通過一個簡單的邏輯電平信號進行開/關。雖然單獨的能力可能使負載比MOSFET單獨的驅動程序切換更好的解決方案，負載開關做得更多(圖2)。

　　負載開關功能圖

　　圖2：負載開關通常與其他功能增強，包括放電控制、轉換速率控制、各種形式的保護和故障監控。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　除了邏輯電平控制功能外，為什么還要使用負載開關呢?有幾個原因：

　　積分驅動器管理柵極的充放電，從而提供MOSFET的導通/關斷周期的上升/下降時間的擺率控制。這優化了MOSFET的性能，避免了超調和振鈴，并最大限度地減少不希望的EMI / RFI。

　　此外，控制MOSFET在開關中的導通時間，以防止輸入軌因突然從負載電容中快速充電而引起的浪涌電流突然增加而下垂。這種凹陷是一個問題，如果相同的輸入軌也提供電力給其他子系統，必須保持全動力。

　　一些負載開關提供了一種快速輸出放電(隔日一次)通過輸出和地之間的一個片上電阻的特征;這種模式被激活時，該設備被禁用通過銷。這將釋放輸出節點，防止輸出浮動，這可能會導致不必要的活動時，負載電路沒有斷電到一個定義的狀態。

　　請注意，這個功能有時是不可取的：如果負載開關的輸出連接到一個電池，這樣快速的輸出放電將導致電池耗盡時，負載開關通過引腳禁用-不是一件好事!因此，一些供應商將它作為單個設備中的可選功能提供，而另一些供應商提供兩種負載開關的變體，其中一種擁有它，另一種不。前一種方案允許在一個產品中，但在不同的場景中使用相同部分的倍數。

　　負載開關可以包含任何其他功能，只要有電源和軌道，如熱關機，欠壓鎖定，限流和反向電流保護是可取的。這些保護功能有助于系統級完整性。

　　與從一個基本MOSFET開關電源軌道和添加這些功能和功能相比，整體BOM，設計時間和房地產成本可以大大降低。

　　更進一步，負荷開關的使用不僅限于簡單的關閉以節省電力。通過使用負載開關陣列，一個較大的電源可以為多個電路分段供電，對這些分段的上/下功率，通過規定的序列和在多個數字輸出的控制下實現定時(圖3)。通過這種方式，負載開關充當了更廣泛有效的電源管理控制方案的門控元件。

　　負載開關的映像允許單電源驅動多個負載。

　　

　　圖3：負載開關允許單電源驅動多個負載，每個負載具有獨立的開/關和相對定時。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　記住，負荷開關需要一個電容器(通常為1微法拉(μF))對輸入電源引起的瞬態浪涌電流的放電負載電容的電壓降限制其輸入端。他們還需要“看到”一個負載電容，大約是輸入電容的十分之一;如果負載小于這個值，應該增加一個小的輸出電容。

　　負荷開關參數

　　負載開關的性能屬性從一個用作開關的標準FET開始。這些措施包括：

　　狀態電阻決定負載開關上的壓降，同時也決定開關的功耗。典型值是在幾十毫范圍將個體供應商的產品，但與負荷開關電流容量的變化。設計者必須做一些基本的計算來確定應用中的最大允許值。

　　最大電壓(VIN)和電流(IMAX)額定值指定開關能承受的電壓有多高，以及電流最大值是多少。設計者應檢查穩態值，以及這些因素的瞬時值和峰值。

　　其他參數是靜態電流和關斷電流。靜態電流是負載開關在負載開關上消耗時的電流，因而成為浪費功率。與負載本身耗散的功率相比，這是微不足道的。關斷電流是指當開關處于關閉狀態時從負載開關泄漏到負載的電流。

　　負載開關跨越簡單到復雜

　　一個額外的功能，負荷開關的一個很好的例子是ncp330安森美半導體。這是一個基本的N溝道MOSFET負載開關，但它包括一個2毫秒軟啟動模式的情況下突然負載的應用可能是有害的。這在移動應用中經常需要，在容量有限的電池中(圖4)。

　　在半導體的ncp330負荷開關圖

　　

　　圖4：在半導體的ncp330負荷開關包括一個2毫秒的轉換模式，負載不會突然附源。這可以防止各種操作和性能問題的供應和負載。(圖像來源：凱利訊半導體)

　　的ncp330很低電阻僅為30 m?使得它適合在一個系統中電池充電可達3安培(A)(5峰)。1.8伏至5.5伏的設備是自動啟用，如果電源連接到Vin pin(高電平)。如果沒有輸入電壓，它通過內部下拉電阻保持關閉。反向電壓保護也是內置的。

　　Vishay Siliconix提供的sip32408和sip32409擺率控制的負荷開關(2.5毫秒到3.6 V)設計為1.1 V至5.5 V操作。是的sip32409的sip32408相同，但關閉輸出放電電路快速轉身。一個關鍵的特征是它們的電阻，通常為42米?，平了大部分的供應范圍從1.5到5伏特。另一個特性是控制使能電壓也很低，因此它可以在低壓電路中使用，而不需要電平移位器(圖5)。

　　控制使能信號低電平和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的關系圖

　　

　　圖5：控制使能信號低閾值與Vishay Siliconix sip32408和類似sip32409負荷開關的輸入電壓和高邏輯電平之間的關系。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　雖然負荷開關的數量和功能的封裝引腳布局相對簡單的設備，仍然是個問題當有電流流可能寄生。出于這個原因，最好使用公司建議的PC板布局(圖6)，以及一個1×1英寸的頂部和底部側布局(2.5×2.5厘米)評估板(圖7)。

　　精心設計的PC板布局和組件布局圖

　　

　　圖6：它需要一個精心策劃的PC板布局和元件布局實現負荷開關如sip32408和sip32409充分表現，使地面噪聲，寄生，與電流不妨礙最大性能。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　為sip32408和sip32409 PC板布局圖

　　

　　圖7：除了表現為sip32408和sip32409首選的PC板布局布局，Vishay Siliconix還提供了對這些設備的一個小評估板。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　負荷開關用于在較低的電壓越來越普遍的是來自德克薩斯的tps22970儀器，可以操作從一個輸入為0.65 V到3.6 V(圖8)。電阻較低，在1.8 V輸入從一個典型的4.7米Ω，略微上升到6.4米Ω在0.65 V的開關手柄連續電流4，一對30μ狀態的靜態電流(典型值)在1.2 V輸入，和一個從1μ在輸入1.8 V以上電流狀態

　　對tps22970應用基礎圖

　　

　　圖8：基本應用的tps22970顯示關鍵的輸入(源)電容和有時不必要的輸出(負載)電容器;明確了負荷開關是一個簡單的四端器件。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　有150的tps22970Ω片上電阻的輸出快速放電開關時禁用。這樣可以避免由負載所看到的浮動供應引起的任何未知狀態。轉換速率控制的開啟時間分別為1.5毫秒(ms)和0.8毫秒，分別為3.6伏和0.65伏的輸入電壓。全面數據表(25頁長，四終端設備)包含許多詳細的表格和圖表，充分體現其性能在一系列廣泛的觀點。例如，它顯示了四個輸入電壓中每一個的上升和下降時間和溫度(圖9)。

　　上升時間(左)和下降時間(右)與溫度的圖像

　　

　　圖9：上升時間(左)和下降時間(右)與10Ω和0.1μF負載電容負載電阻的溫度，為tps22970。(圖片來源：凱利訊半導體)

　　結論

　　MOSFET本身可以提供一個簡單的解決方案來切換直流開關，以最大限度地減少功耗，實現多負載的排序和控制功率定時。然而，負載開關集成MOSFET，驅動器，擺率控制和各種形式的故障保護往往是一個更好的選擇，因為它可以提供所有這些額外的功能在一個單一的，占地面積小的設備。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的利用IC负载开关的特性，安全地降低功耗的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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