為了最大極限地下降功耗，一個(gè)簡略的MOSFET一般用于為未運(yùn)用的電路供給電源?？墒?，更好的挑選是運(yùn)用負(fù)載開關(guān)，因?yàn)樗哂蓄~定的功用來處理電源軌辦理的許多奇妙和改變多端的問題。
負(fù)載開關(guān)供給一系列來自多個(gè)供貨商的功用參數(shù)和額定值，這使得運(yùn)用優(yōu)先級和可用部件之間的合作杰出。
本文將扼要評論IC和電路關(guān)斷概念，然后介紹適宜的負(fù)載開關(guān)選項(xiàng)以及怎么運(yùn)用它們。
掉電選項(xiàng)
經(jīng)過暫時(shí)封閉不需求的功用來最小化功耗是規(guī)范的體系戰(zhàn)略。出于這個(gè)原因，許多IC具有用戶導(dǎo)向的超低功耗靜態(tài)形式。
可是，將IC置于靜態(tài)形式只會(huì)封閉IC而不是關(guān)聯(lián)電路，其間包括其他功耗耗散無源器材（主要是電阻器）以及有源分立器材，如晶體管。因而，規(guī)劃人員常常轉(zhuǎn)向運(yùn)用簡略的MOSFET來封閉整個(gè)子部分的電源。
即便經(jīng)過使能操控線可封閉電源（LDO或開關(guān)）以下降其負(fù)載子電路的閑暇形式功耗，也可能需求此MOSFET。原因在于，盡管節(jié)約可能很大，但即便在關(guān)機(jī)形式下，許多電源的走漏電流也相對較大，因而節(jié)電可能不行。
盡管運(yùn)用恰當(dāng)巨細(xì)的MOSFET作為電源導(dǎo)軌開關(guān)開關(guān)確實(shí)可行，但MOSFET獨(dú)自供給的功用和功用很少，并且一般無法支撐其他開/關(guān)切換要求。此外，電路規(guī)劃人員有必要為MOSFET供給適宜的柵極驅(qū)動(dòng)器，這成為“待辦事項(xiàng)”列表中的另一項(xiàng)內(nèi)容，因而添加了規(guī)劃雜亂性，時(shí)刻，空間和本錢。
負(fù)載開關(guān)供給了“一體式”解決計(jì)劃
一種更好的辦法是運(yùn)用“負(fù)載開關(guān)”IC，這是一種通路元件MOSFET，并在小型封裝中添加了額定的電源辦理功用。大多數(shù)負(fù)載開關(guān)只要4個(gè)引腳，每個(gè)引腳有一個(gè)用于輸入電壓，輸出電壓，邏輯電平使能和接地（圖1）。
根本負(fù)載開關(guān)圖四端子設(shè)備
圖1：根本負(fù)載是一個(gè)四端器材，它將MOSFET和MOSFET驅(qū)動(dòng)器集成在一個(gè)易于運(yùn)用的封裝中。（圖片來歷：德州儀器）
操作十分簡略：當(dāng)負(fù)載開關(guān)經(jīng)過ON引腳啟用時(shí)，通路FET導(dǎo)通，并答應(yīng)電流從輸入（源）電壓引腳流向輸出（負(fù)載）電壓引腳。與根本MOSFET相同，經(jīng)過“開關(guān)”的直流電阻僅為幾毫歐（mΩ），所以電壓下降，相關(guān)的功耗也是如此。
負(fù)載開關(guān)不僅僅是一個(gè)MOSFET和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，它能夠經(jīng)過簡略的邏輯電平信號來敞開/封閉。盡管獨(dú)自運(yùn)用這種功用可能會(huì)使負(fù)載開關(guān)比選用獨(dú)自驅(qū)動(dòng)器的MOSFET更好，但負(fù)載開關(guān)的功用更多（圖2）。
負(fù)載開關(guān)功用的圖畫
圖2：負(fù)載開關(guān)一般具有其他功用，包括放電操控，擺率操控，各種形式的維護(hù)和毛病監(jiān)督。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
除了邏輯電平操控功用外，為什么還要運(yùn)用負(fù)載開關(guān)？有幾個(gè)原因：
全體驅(qū)動(dòng)器辦理對門極的充電和放電，從而供給MOSFET導(dǎo)通/關(guān)斷周期上升/下降時(shí)刻的變換速率操控。這能夠優(yōu)化MOSFET功用，防止過沖和振鈴，并將不合需求的EMI / RFI降至最低。
此外，經(jīng)過操控開關(guān)中MOSFET的導(dǎo)通時(shí)刻，能夠防止因?yàn)榭焖贉y驗(yàn)對負(fù)載電容充電導(dǎo)致的闖入電流的俄然添加而導(dǎo)致輸入電壓軌下垂。假如相同的輸入軌還為其他有必要堅(jiān)持充沛供電的子體系供電，則此問題會(huì)出現(xiàn)問題。
一些負(fù)載開關(guān)經(jīng)過輸出和地之間的片上電阻供給快速輸出放電（QOD）功用; 當(dāng)器材經(jīng)過ON引腳禁用時(shí)，該形式被激活。這會(huì)使輸出節(jié)點(diǎn)放電，并防止輸出浮空，這會(huì)在負(fù)載電路未封閉到界說狀況時(shí)導(dǎo)致不需求的活動(dòng)。
請注意，此功用有時(shí)不受歡迎：假如負(fù)載開關(guān)的輸出連接到電池，當(dāng)經(jīng)過ON引腳禁用負(fù)載開關(guān)時(shí)，這種快速輸出放電會(huì)導(dǎo)致電池耗盡 - 這不是好事！因而，一些供貨商將其作為單個(gè)設(shè)備中的可選功用供給，而另一些供貨商供給兩種負(fù)載開關(guān)的變體，一種具有它，另一種不具備。前一種選項(xiàng)答應(yīng)將多個(gè)相同部件用于單個(gè)產(chǎn)品，但在不同狀況下運(yùn)用。
負(fù)載開關(guān)能夠包括其他功用，例如熱關(guān)斷，欠壓閉鎖，電流限制和反向電流維護(hù)等，這些功用都能夠在電源和導(dǎo)軌上運(yùn)用。這些維護(hù)功用有助于體系級完整性。
與開端運(yùn)用根本MOSFET來切換電源軌并添加這些功用比較，全體BOM，規(guī)劃時(shí)刻和房地產(chǎn)本錢能夠大大下降。
進(jìn)一步來說，負(fù)載開關(guān)的運(yùn)用并不局限于簡略的封閉以節(jié)約電力。經(jīng)過運(yùn)用一組負(fù)載開關(guān)，單個(gè)較大的電源能夠?yàn)槎鄠€(gè)電路子部分供電，這些子部分的上/下功率經(jīng)過多個(gè)數(shù)字輸出操控下的規(guī)則序列和時(shí)序完成（圖3）。以這種方法，負(fù)載開關(guān)充當(dāng)更廣泛和有用的電源辦理操控計(jì)劃的門控元件。
負(fù)載開關(guān)的圖畫答應(yīng)單個(gè)電源驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載
圖3：負(fù)載開關(guān)答應(yīng)單電源驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載，每個(gè)負(fù)載都具有獨(dú)立的敞開/封閉和相對守時(shí)。
請記住，負(fù)載開關(guān)在其輸入側(cè)需求一個(gè)電容（一般為1微法（μF）），以限制由流入放電負(fù)載電容的瞬態(tài)涌入電流引起的輸入電源電壓降。他們還需求“看到”一個(gè)約為輸入電容值十分之一的負(fù)載電容; 假如負(fù)載小于這個(gè)值，應(yīng)該添加一個(gè)小的輸出電容。
加載開關(guān)參數(shù)
負(fù)載開關(guān)的功用特點(diǎn)從用作開/關(guān)開關(guān)的規(guī)范FET開端。這些包括：
導(dǎo)通電阻（R on）決議負(fù)載開關(guān)兩端的電壓降以及開關(guān)的功耗。典型值在幾十毫歐范圍內(nèi)，但會(huì)隨單個(gè)供貨商產(chǎn)品和負(fù)載開關(guān)電流容量而改變。規(guī)劃者有必要做一些根本的計(jì)算來斷定運(yùn)用程序中的最大答應(yīng)值。
最大電壓（V in）和電流（I max）額定值指定了開關(guān)可接受的電壓有多高以及最大電流有多大。規(guī)劃師應(yīng)該查看穩(wěn)態(tài)值以及這些要素的瞬態(tài)和峰值。
其他參數(shù)是靜態(tài)電流和關(guān)斷電流。靜態(tài)電流是負(fù)載開關(guān)導(dǎo)通時(shí)負(fù)載開關(guān)所耗費(fèi)的電流，因而成為糟蹋的功率。與負(fù)載自身耗費(fèi)的功率比較，這能夠忽略不計(jì)。關(guān)斷電流是當(dāng)開關(guān)處于關(guān)斷形式時(shí)從負(fù)載開關(guān)“走漏”到負(fù)載的電流。
負(fù)載切換從簡略到雜亂
用額定的功用的負(fù)載開關(guān)的一個(gè)很好的比如是NCP330從安森美半導(dǎo)體。這是一個(gè)根本的N溝道MOSFET負(fù)載開關(guān)，但它包括一個(gè)2毫秒的軟啟動(dòng)形式，用于突發(fā)負(fù)載的運(yùn)用可能有害的狀況。在有電池容量有限的移動(dòng)運(yùn)用中，這一般是必需的（圖4）。
安森美半導(dǎo)體的NCP330負(fù)載開關(guān)圖
圖4：安森美半導(dǎo)體的NCP330負(fù)載開關(guān)包括一個(gè)2毫秒的反轉(zhuǎn)形式，因而負(fù)載不會(huì)俄然連接到電源。這能夠防止供應(yīng)和負(fù)載的各種操作和功用問題。（圖片來歷：安森美半導(dǎo)體）
NCP330的導(dǎo)通電阻十分低，只要30mΩ，因而十分合適用于以3安培（A）（5 A峰值）充電的體系電池。假如電源連接到Vin引腳（高電平有用），則1.8 V至5.5 V器材將主動(dòng)啟用。假如沒有輸入電壓，它經(jīng)過一個(gè)內(nèi)部下拉電阻堅(jiān)持封閉狀況。還內(nèi)置反向電壓維護(hù)。
Vishay Siliconix供給SiP32408和SiP32409擺率操控負(fù)載開關(guān)（2.5 V 3.6 V時(shí)），規(guī)劃用于1.1 V至5.5 V的操作。SIP32409與SiP32408相同，但具有快速關(guān)斷輸出放電電路。其間一個(gè)要害特性是其導(dǎo)通電阻（一般為42mΩ）在1.5至5伏的大部分電源范圍內(nèi)堅(jiān)持平整。另一個(gè)特點(diǎn)是操控使能電壓也很低，所以它能夠用在低電壓電路中而不需求電平變換器（圖5）。
操控使能信號低和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的聯(lián)系圖
圖5：來自Vishay Siliconix的SiP32408和相似SiP32409負(fù)載開關(guān)的操控使能信號低和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的聯(lián)系。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
盡管負(fù)載開關(guān)在封裝引腳的數(shù)量和功用方面是相對簡略的器材，可是當(dāng)電流流動(dòng)和可能的寄生效應(yīng)時(shí)，布局仍然是個(gè)問題。出于這個(gè)原因，最好運(yùn)用公司建議的印刷電路板布局（圖6）以及1×1英寸（2.5×2.5厘米）評價(jià)板的頂部和底部布局（圖7）。
精心策劃的印制電路板布局和元件布局圖
圖6：需求細(xì)心規(guī)劃印刷電路板布局和元件布局，以完成負(fù)載開關(guān)（如SiP32408和SiP32409）的悉數(shù)功用，以便地噪聲，寄生效應(yīng)和電流不會(huì)影響最大功用。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
SiP32408和SiP32409的電路板布局圖畫
圖7：除了展現(xiàn)SiP32408和SiP32409的首選印制電路板布局外，Vishay Siliconix還為這些器材的小型評價(jià)板供給布局。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
在越來越常見的較低電壓下運(yùn)用的負(fù)載開關(guān)是德州儀器（Texas Instruments ）的TPS22970，它能夠在低至0.65 V至3.6 V的輸入電壓下作業(yè)（圖8）。導(dǎo)通電阻也很低，從1.8 V輸入典型4.7mΩ，在0.65 V時(shí)稍微上升到6.4mΩ。該開關(guān)處理4 A的接連電流，通態(tài)靜態(tài)電流為30μA（典型值）輸入電壓為1.2 V，輸入電壓高于1.8 V時(shí)的關(guān)斷狀況電流為1μA。
TPS22970的根本運(yùn)用圖
圖8：TPS22970的根本運(yùn)用顯現(xiàn)了臨界輸入（源）電容和有時(shí)不必要的輸出（負(fù)載）電容; 它還清楚地表明負(fù)載開關(guān)是簡略的四端設(shè)備。（圖片來歷：德州儀器）
TPS22970具有150Ω的片內(nèi)電阻，可在開關(guān)禁用時(shí)快速放電輸出。這能夠防止由負(fù)載看到起浮電源引起的任何不知道狀況。在輸入電壓分別為3.6伏和0.65伏時(shí)，擺率操控的敞開時(shí)刻分別為1.5毫秒（ms）和0.8毫秒。全面的數(shù)據(jù)表（長達(dá)25頁，用于四端設(shè)備）包括許多詳細(xì)的表格和圖表，能夠從各種角度全面表征其功用。例如，它顯現(xiàn)了四個(gè)輸入電壓中每一個(gè)的上升和下降時(shí)刻與溫度的聯(lián)系（圖9）。
上升時(shí)刻（左）和下降時(shí)刻（右）與溫度的聯(lián)系圖
圖9：TPS22970的負(fù)載電阻為10Ω，負(fù)載電容為0.1μF時(shí)的上升時(shí)刻（左）和下降時(shí)刻（右）與溫度的聯(lián)系。（圖片來歷：德州儀器）
定論
MOSFET自身能夠供給一個(gè)簡略的解決計(jì)劃來翻開和封閉DC，以最大極限地下降功耗，完成多個(gè)負(fù)載的排序以及操控電源時(shí)序。可是，集成了MOSFET，驅(qū)動(dòng)器，擺率操控和各種形式的毛病維護(hù)的負(fù)載開關(guān)一般是更好的挑選，因?yàn)樗軌蛟趩蝹€(gè)小尺度器材中供給所有這些額定功用。
負(fù)載開關(guān)供給一系列來自多個(gè)供貨商的功用參數(shù)和額定值，能夠很好地習(xí)慣運(yùn)用優(yōu)先級和可用部件。
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