負載開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展在現代應用的 電源管理中發(fā)揮重要作用

電源是推動(dòng)我們現代世界技術(shù)的命脈，我們越來(lái)越依賴(lài)高科技產(chǎn)品在忙碌的工作中和工作外的生活中幫助我們。管理和控制電源是高科技、低功耗應用的一個(gè)重要主題。無(wú)論是為更大的設備開(kāi)發(fā)復雜的多軌電源系統，還是利用電池供電設備的最后一小部分電量，電源管理都是設計人員的首要優(yōu)先項目。

在大大小小的系統中，負載開(kāi)關(guān)在電源管理和負載保護中發(fā)揮重要作用。在為特定應用選擇負載開(kāi)關(guān)時(shí)有一些因素要考慮，此外，現在還可以使用一些性能和功能得以改進(jìn)的新器件。

任何負載開(kāi)關(guān)的主要功能是連接/斷開(kāi)電源和負載?？刹捎脙H使用一個(gè)簡(jiǎn)單的通路MOSFET的分立方案來(lái)實(shí)現這個(gè)功能；但全集成的負載開(kāi)關(guān)器件通常比分立方案小，減少了器件的數量，并且提供更強大的功能，包括對過(guò)溫、欠電壓和過(guò)電流故障條件的檢測和保護等功能。有時(shí)還包括反向電流保護，使任何試圖從負載流向源的電流被阻斷。這對于許多應用使用的最新的供電標準USB-C尤其有用。

圖1：典型的集成負載開(kāi)關(guān)框圖

所有集成負載開(kāi)關(guān)至少包括四個(gè)引腳——VIN、VOUT、GND和EN(Enable)，盡管通常添加其他引腳以支持更多功能并為系統輸出提供保護功能，如圖1所示。

除了提供簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制和保護外，負載開(kāi)關(guān)還可通過(guò)控制Vout來(lái)控制負載導通的速度。通過(guò)控制FET柵的充電，在Vout的上升時(shí)間控制浪涌電流。此軟啟動(dòng)保護負載不受負載與電源的無(wú)控制連接所造成的電流尖峰的影響，特別是在負載不是純電阻的情況下。

有些負載開(kāi)關(guān)還包含一個(gè)泄漏電阻器，支持存儲在負載中任何能量的快速放電，在負載開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，消除負載電源引腳上的浮動(dòng)節點(diǎn)。

負載開(kāi)關(guān)系統使用和配置

負載開(kāi)關(guān)最常見(jiàn)的一個(gè)應用是管理系統中獨立的電源域。該控制在電池供電設備中特別有用，防止任何不必要的能量消耗對獲得最長(cháng)的電池運行時(shí)間至關(guān)重要。

圖2：負載開(kāi)關(guān)可管理多個(gè)負載域的電力傳輸

負載開(kāi)關(guān)可用于控制系統中被劃分為邏輯域的各個(gè)部分的功率，如圖2所示。在實(shí)際使用中，只需要很短時(shí)間的部分，如傳感器或發(fā)射/接收電路，只在需要激活的短時(shí)間內接通電源。

此外，針對單個(gè)負載有多個(gè)電源的系統，如圖3所示，可使用負載開(kāi)關(guān)。在這樣的系統中，可以控制負載的功率傳輸，例如，從主電源或備用電池供電。

圖3：電源多路復用支持單個(gè)負載利用多個(gè)電源

復雜的系統通常需要多個(gè)電源軌，在許多情況下，這些軌道必須按照一定的順序工作，以便系統正常運行。例如，可能有必要在啟用無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機前完全啟動(dòng)核心處理器，以避免混淆或難以理解的傳輸。

圖4：負載開(kāi)關(guān)可有利于自驅動(dòng)的電源序列

雖然可以使用外部微控制器來(lái)實(shí)現上電序列，從而以正確的時(shí)序啟用負載開(kāi)關(guān)，但如果使用“power good”輸出，負載開(kāi)關(guān)還可以提供獨立序列，如圖4所示。通過(guò)將一個(gè)負載開(kāi)關(guān)的Power Good引腳鏈接到下一個(gè)負載開(kāi)關(guān)的EN引腳，可“菊鏈(daisy chained)”多個(gè)負載開(kāi)關(guān)。如果相位間需要更大的延遲，則可添加一個(gè)電容器到接地控制線(xiàn)以增加延遲。

為應用選擇合適的負載開(kāi)關(guān)

目前有許多類(lèi)型的負載開(kāi)關(guān)，為設計人員在為特定應用選擇器件時(shí)提供廣泛的選擇。雖然最初選擇起來(lái)似乎很困難，但通過(guò)考慮六個(gè)主要參數，評估選項并找到最佳器件就相對簡(jiǎn)單了。

能效很重要，而且通常是在應用中使用負載開(kāi)關(guān)的一個(gè)關(guān)鍵原因。設計人員應密切關(guān)注所考慮器件的導通電阻RON。開(kāi)關(guān)電阻越低，工作時(shí)從VIN到VOUT的壓降越低，從而降低了負載開(kāi)關(guān)的功耗和散熱。

在器件最大允許負載電流和輸入電壓(VIN)范圍方面，需要針對應用指定正確的額定值。雖然確保針對應用有足夠的額定電流，但應注意額定值不要過(guò)高，因為更大的FET有更高的門(mén)極電容，需要更多的能量才能導通。此外，更高額定值的器件也可能更大，更昂貴。

靜態(tài)電流(負載開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)使用的能量)應盡可能低，就像任何漏電流 (負載開(kāi)關(guān)MOSFET關(guān)斷時(shí)從電源到負載的電流) 一樣低。

最后，對于特定應用，響應速度對于開(kāi)關(guān)所需的時(shí)間以及任何故障保護操作的時(shí)間都至關(guān)重要。該響應時(shí)間受MOSFET尺寸的影響，器件尺寸越大，需要更多的電荷，因此運行速度越慢。同樣，過(guò)度設計過(guò)大的FET會(huì )導致更差的瞬態(tài)性能。

ecoSWITCH? - 全面的負載開(kāi)關(guān)系列

安森美半導體的ecoSWITCHTM系列負載管理器件為設計人員提供目前同類(lèi)最佳的導通電阻RON。該系列包括20多個(gè)不同的產(chǎn)品，并隨著(zhù)安森美半導體推出新的負載開(kāi)關(guān)還在不斷壯大陣容。

NCP45560僅是ecoSWITCH系列之中的其中一個(gè)器件。該器件采用省空間的3mm x 3 mm DFN12封裝，能持續高能效地開(kāi)關(guān)達24A的電流，導通電阻低至4.1mΩ。NCP45560極其適用于要求小占位方案的電源管理和熱插拔應用，結合許多保護功能，同時(shí)比分立方案大大節省空間和成本。

總結

隨著(zhù)電源需求變得越來(lái)越復雜，對小型便攜式電池供電設備盡可能高能效工作的要求在增長(cháng)，負載開(kāi)關(guān)越來(lái)越受歡迎，因為它使設計人員能實(shí)現高能效、精密的電源方案，即使是在最小的設備中。