何時使用負載開關(guān)取代分立MOSFET

在知道用電之前，人們用蠟燭照明。這在過去是常用的能在黑暗中視物的照明方式，但燈泡的發(fā)明顯然是更好的解決方案。

像蠟燭一樣，功率MOSFET（功率場效應(yīng)晶體管）是切換負載最常見的方式，其四周圍繞著眾多分立電阻器與電容器（以及用于控制功率MOSFET的雙極結(jié)型晶體管（BJT）/第二個場效應(yīng)晶體管）圍繞的功率MOSFET）。但在多數(shù)情況下，使用全面集成的負載開關(guān)具有更顯著的優(yōu)點。

系統(tǒng)中的負載開關(guān)在哪里

一個典型系統(tǒng)包括一個電源和多個負載，需要各種不同的負載電流，如Bluetooth?、Wi-Fi或處理器軌。多數(shù)情況下，系統(tǒng)必須獨立控制哪些負載開啟，何時開啟，以什么速度開啟。利用分立MOSFET電路或集成負載開關(guān)便能完成這種功率切換，如圖1所示。

圖1：從電源切換到多個負載

分立MOSFET電路包含多個組件來控制分立功率MOSFET的導通與關(guān)斷。這些電路可通過來自微控制器的通用輸入/輸出（GPIO）信號來進行開啟或關(guān)閉。此類電路可參見圖2所示。

圖2：P信道MOSFET（PMOS）分立電路

也可以使用負載開關(guān)來打開或關(guān)閉電源軌和相應(yīng)負載之間的連接。這些集成器件在其對應(yīng)的分立電路上有一些益處。圖3所示為負載開關(guān)電路。

圖3：典型負載開關(guān)電路

尺寸優(yōu)勢

使用負載開關(guān)作為解決方案的一個優(yōu)點在于組件數(shù)量和尺寸的縮減。負載開關(guān)的設(shè)計將組件整合成包，甚至比MOSFET自身還小。圖4對PMOS方案和等效的負載開關(guān)進行了尺寸上的對比。負載開關(guān)更小的尺寸使其即使面對最受空間限制的應(yīng)用也非常適合。

圖4：TPS22965與等效分立方案尺寸對比

特色優(yōu)勢

負載開關(guān)中還集成了在分立電路中沒有的一些特色功能。在分立方案中加入反向電流阻隔需要一個額外的MOSFET作背靠背的配置，這將直接增加一倍的尺寸。TPS22910A和TPS22963C就是德州儀器兩個已內(nèi)置此項功能的負載開關(guān)組合的例子。

快速輸出放電（QOD）是德州儀器負載開關(guān)的一項標準功能，可在開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時將輸出電壓（VOUT ）通過內(nèi)部通路釋放至接地。圖5為該功能示意圖。

圖5：QOD說明

QOD在輸出側(cè)提供一個已知狀態(tài)，并確保所有負載已被釋放且都被關(guān)閉。

TPS22953和TPS22954具有發(fā)送“電源正?！毙盘柕墓δ?，當VOUT負載達到其終值的90%時即發(fā)出該信號。該信號流入下游模塊使能引腳，從而使這些模塊在電壓軌通電后開啟?！半娫凑！毙盘柕墓δ芤部捎糜陔娫磁判?，開啟一個負載開關(guān)將會有多個電源軌以特定順序出現(xiàn)。

毫不夸張地說，燈泡的發(fā)明使人們在黑暗中視物變得容易，而集成負載開關(guān)完成緊湊與低功耗電路設(shè)計的挑戰(zhàn)正如燈泡的發(fā)明一樣意義非凡。那么，是時候吹滅蠟燭，并用集成負載開關(guān)點亮你功率切換設(shè)計這盞明燈了。

審核編輯：郭婷