為了儘量減少功耗，乙個簡單的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效能引數和來自多個**商的評級，這使得應用程式優先順序和可用部件之間有很好的匹配。
本文將簡要討論積體電路和電路斷電概念，然後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乙個標準的系統策略。出於這個原因，許多ics有乙個使用者導向，超低功耗靜態模式。
然而，在靜態模式下放乙個積體電路只會關閉積體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，如電晶體。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閒模式下的功耗。其原因是，雖然節省可能是重要的，許多電源的洩漏電流是比較大的，即使在關機模式，所以節省電力可能是不夠的。
雖然使用乙個適當大小的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，往往不能支援其他開/關開關的要求。此外，電路設計者必須為mosfet提供乙個合適的柵極驅動器，它成為「要做」列表中的另一項，因此增加了設計的複雜性、時間、空間和成本。
負載開關提供「全功能」解決方案
更好的方法是使用乙個「負載開關」ic，它是乙個旁路元件mosfet，外加乙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，每乙個輸入電壓，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
操作很簡單：當負載開關通過其引腳啟用時，通場效電晶體開啟並允許電流從輸入(源)電壓引腳流向輸出(負載)電壓引腳。作為乙個基本的mosfet的直流電阻，通過「開關」只有幾毫歐(mω)，因此電壓降低，因此相關的功耗。
負載開關不僅僅是乙個mosfet和乙個驅動器，它可以通過乙個簡單的邏輯電平訊號進行開/關。雖然單獨的能力可能使負載比mosfet單獨的驅動程式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
除了邏輯電平控制功能外，為什麼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/關斷週期的上公升/下降時間的擺率控制。這優化了mosfet的效能，避免了超調和振鈴，並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湧電流突然增加而下垂。這種凹陷是乙個問題，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乙個片上電阻的特徵;這種模式被啟用時，該裝置被禁用通過銷。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乙個定義的狀態。
請注意，這個功能有時是不可取的：如果負載開關的輸出連線到乙個電池，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**商將它作為單個裝置中的可選功能提供，而另一些**商提供兩種負載開關的變體，其中一種擁有它，另一種不。前一種方案允許在乙個產品中，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。這些保護功能有助於系統級完整性。
與從乙個基本mosfet開關電源軌道和新增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於簡單的關閉以節省電力。通過使用負載開關陣列，乙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。
記住，負荷開關需要乙個電容器(通常為1微法拉(μf))對輸入電源引起的瞬態浪湧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」乙個負載電容，大約是輸入電容的十分之一;如果負載小於這個值，應該增加乙個小的輸出電容。
負荷開關引數
負載開關的效能屬性從乙個用作開關的標準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。典型值是在幾十毫範圍將個體**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。
其他引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於關閉狀態時從負載開關洩漏到負載的電流。
負載開關跨越簡單到複雜
乙個額外的功能，負荷開關的乙個很好的例子是ncp330安森美半導體。這是乙個基本的n溝道mosfet負載開關，但它包括乙個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
的ncp330很低電阻僅為30 mω使得它適合在乙個系統中電池充電可達3安培(a)(5峰)。1.8伏至5.5伏的裝置是自動啟用，如果電源連線到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建的。
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。乙個關鍵的特徵是它們的電阻，通常為42公尺ω，平了大部分的**範圍從1.5到5伏特。另乙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)。
控制使能訊號低電平和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的關係圖
雖然負荷開關的數量和功能的封裝引腳布局相對簡單的裝置，仍然是個問題當有電流流可能寄生。出於這個原因，最好使用公司建議的pc板布局(圖6)，以及乙個1×1英吋的頂部和底部側布局(2.5×2.5厘公尺)評估板(圖7)。
精心設計的pc板布局和元件布局圖
為sip32408和sip32409 pc板布局圖
負荷開關用於在較低的電壓越來越普遍的是來自德克薩斯的tps22970儀器，可以操作從乙個輸入為0.65 v到3.6 v(圖8)。電阻較低，在1.8 v輸入從乙個典型的4.7公尺ω，略微上公升到6.4公尺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，和乙個從1μ在輸入1.8 v以上電流狀態
對tps22970應用基礎圖
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**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。全面資料表(25頁長，四終端裝置)包含許多詳細的**和圖表，充分體現其效能在一系列廣泛的觀點。例如，它顯示了四個輸入電壓中每乙個的上公升和下降時間和溫度(圖9)。
上公升時間(左)和下降時間(右)與溫度的影象
結論
mosfet本身可以提供乙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，負載開關整合mosfet，驅動器，擺率控制和各種形式的故障保護往往是乙個更好的選擇，因為它可以提供所有這些額外的功能在乙個單一的，占地面積小的裝置。
IC封裝的熱特性
ja是結到周圍環境的熱阻，單位是 c w。周圍環境通常被看作熱 地 點。ja取決於ic封裝 電路板 空氣流通 輻射和系統特性，通常輻射的影響可以忽略。ja專指自然條件下 沒有加通風措施 的數值。jc是結到管殼的熱阻，管殼可以看作是封裝外表面的乙個特定點。jc取決於封裝材料 引線框架 模塑材料 管芯粘...
MOS管的開關特性
一 靜態特性 mos管作為開關元件，同樣是工作在截止或導通兩種狀態。由於mos管是電壓控制項，所以主要由柵源電壓ugs決定其工作狀態。圖3.8 a 為由nmos增強型管構成的開關電路。圖3.8 nmos管構成的開關電路及其等效電路 工作特性如下 ugs 開啟電壓ut mos管工作在截止區，漏源電流i...
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