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  • 集成电源开关,集成负载开关选型与设计要点介绍
    • 发布时间:2024-06-17 18:40:06
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    集成电源开关,集成负载开关选型与设计要点介绍
    NMOS与PMOS
    在NMOS器件中,通过使栅极电压高于源极电压来使导通FET接通。通常,源极电压与VIN端子处于相同电势。要使栅极和源极间产生上述电压差,需要一个电荷泵。使用电荷泵将增大器件的静态电流。
    在PMOS器件中,通过使栅极电压低于源极电压来使导通FET接通。PMOS器件的架构无需电荷泵,因此其静态电流比NMOS器件的静态电流低。基于PMOS的架构与基于NMOS的架构的一个主要差别是,基于PMOS的负载开关在低电压下性能欠佳,因为低压下VGS低,导通电阻RDSON大。而NMOS器件在低输入电压应用中性能良好。
    导通状态电阻(RON)
    导通状态电阻(RON)是一个极为重要的参数,因为它决定了负载开关的压降和功耗。RON越大,负载开关的压降越大,功耗越高。
    集成负载开关
    其中,
    ?Vmax=VIN到VOUT的最大压降
    ILOAD=负载电流
    RON,max=给定VIN对应的器件最大导通电阻
    IQ=负载开关的静态电流
    电压(VIN)和电流(IMAX)额定值
    决定使用哪种负载开关时的重要考虑因素之一是应用所需的电压和电流。负载开关必须能够支持稳态工作期间所需的直流电压和电流,以及瞬变电压和峰值电流。需要注意的是,一些负载开关需要偏置电压来开启器件和偏置内部电路。此偏置电压与输入电压无关。
    关断电流(ISD)和静态电流(IQ)
    静态电流是负载开关接通时消耗的电流。除I2R损耗外,静态电流还将决定负载开关接通时的功耗量。如果负载电流足够大,则静态电流引起的功耗可忽略不计。
    关断电流决定了负载开关通过ON引脚被禁用时的功耗量。使用负载开关切断子系统电源可显著降低电源轨的待机功耗。
    上升时间(tR)
    上升时间因器件而异。上升时间可能需要较短,也可能较长,具体取决于应用。此外,浪涌电流与上升时间成反比。了解系统所能接受的浪涌电流是十分有益的。
    集成负载开关
    其中
    INRUSH=CL产生的浪涌电流的大小CL=VOUT上的总电容dVOUT=启用器件时VOUT的电压变化dt=VOUT电压变化dVOUT所用的时间
    快速输出放电(QOD)
    一些负载开关具有内部电阻,该电阻会在开关关断时将输出拉至地,以避免输出浮空。要使快速输出放电功能起作用,输入电压引脚上的电压需处于工作范围内。
    快速输出放电功能有诸多好处,例如:
    输出不会浮空并且始终处于已确定状态。
    下游模块始终完全关闭。
    不过,仍有应用无法从快速输出放电功能中受益。
    如果负载开关的输出与电池相连,则通过ON引脚禁用负载开关时,快速输出放电会导致电池电量耗尽。
    如果两个负载开关用作双输入单输出多路复用器(其中,二者输出连在一起),则负载开关无法提供快速输出放电功能。否则,快速输出放电期间将持续浪费电能,因为只要通过ON引脚禁用负载开关,电流就会通过内部电阻流向地。
    封装尺寸
    集成负载开关提供各种不同的形状和尺寸。确保应用能够接受负载开关是十分重要的。在空间受限的系统中,可能需要选择较小的封装尺寸。例如,可能不需要使用0.4mm间距的器件,所以选择部件时不应考虑0.4mm间距的器件。因此,选择器件时应考虑封装尺寸。
    输入和输出电容
    在负载开关应用中,应放置输入电容,以限制由流入已放电的负载电容的瞬变浪涌电流所导致的输入电源压降。强烈建议在VIN和GND之间靠近VIN端子的位置放置1μF电容(CIN)。较大的电容将降低大电流应用期间的压降。尽管强烈推荐,但这并非负载开关工作所必需。
    移除电源时,VOUT和GND之间的总输出电容(CL)可能会使VOUT上的电压超过VIN上的电压,对于不具备反向电路保护功能的器件,这可能导致电流从VOUT经导通FET中的体二极管流向VIN。为防止出现这种情况,建议(但不要求)输入电容和负载电容保持10:1的比值。
    散热注意事项
    最大IC结温应限制为绝对最大值表中指示的正常工作条件下的最大结温。要计算在给定的输出电流和环境温度下的最大允许功耗PD(max),请使用公式:
    集成负载开关
    其中:PD(max)=最大允许功耗TJ(max)=最大允许结温TA=器件的环境温度θJA=结点到空气热阻此参数很大程度上取决于电路板布局。
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