如何評(píng)估開(kāi)關(guān)的通流能力？

開(kāi)關(guān)通流能力

通用模擬開(kāi)關(guān)廣泛用于掃地機(jī)器人、交換機(jī)、通訊基站等應(yīng)用中，主要用于信號(hào)切換，包含系統(tǒng)輸入信號(hào)的選擇、功率器件的控制信號(hào)切換和通訊接口的切換等。

由于模擬開(kāi)關(guān)不是理想的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)引入的電阻、電容會(huì)導(dǎo)致輸入信號(hào)幅度減小，波形失真等問(wèn)題，所以開(kāi)關(guān)的參數(shù)選擇需要根據(jù)系統(tǒng)的誤差需求。

在通信應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)通常用于功率管控制信號(hào)的切換，用于收發(fā)通道的時(shí)分復(fù)用或者功率管的保護(hù)，此時(shí)由于寄生電容的影響，切換過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電流突變，所以在該應(yīng)用中需要額外關(guān)注開(kāi)關(guān)的通流能力。

本文主要探討如何評(píng)估開(kāi)關(guān)的通流能力。 開(kāi)關(guān)的通流能力主要受芯片的功耗，封裝散熱能力，芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)的通流能力影響 。下面將對(duì)這幾方面因素進(jìn)行詳細(xì)的探討。

T P W4157

芯片功耗和散熱能力

當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，其等效于一個(gè)電阻，電阻大小即開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通阻抗Ron，與供電電壓、輸入輸出電壓等條件相關(guān)，可在開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)中查詢到。

該電阻跨接于輸入輸出之間，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，該電阻會(huì)產(chǎn)生功率損耗，從而產(chǎn)生熱量。受熱量限制的通流能力可以通過(guò)芯片的熱阻、最大支持的結(jié)溫和需要滿足的工作環(huán)境溫度計(jì)算得出。

思瑞浦（3PEAK） 低導(dǎo)通阻抗的SPDT開(kāi)關(guān)TPW4157 ，其導(dǎo)通阻抗在4.5V供電時(shí)，典型值為0.95ohm，封裝SC70的熱阻為θJA為400℃/W。

假定產(chǎn)品工作環(huán)境最高為65℃，開(kāi)關(guān)能支持的最高結(jié)溫為150℃，假定通過(guò)的電流為Ion，根據(jù)熱量計(jì)算公式，計(jì)算如下：

Ion ^2^ ×Ron≤(150-65)/400

則計(jì)算出

Ion(max)=0.47A

T P W4157

芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)限制

開(kāi)關(guān)的通流能力還取決于內(nèi)部的設(shè)計(jì)。

制約通流能力的主要為金屬線和連接各金屬層的過(guò)孔。在模擬開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)中，過(guò)孔在設(shè)計(jì)時(shí)通流能力會(huì)遠(yuǎn)大于金屬走線，所以芯片內(nèi)部的通流能力主要取決于 金屬線的寬度 。

思瑞浦（3PEAK）的 TPW4157的金屬走線最小寬度為52um 。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)文件，查到金屬線的寬度與持續(xù)通流能力和能承受的峰值電流的參數(shù)，如下方表格所示：

注：W是指金屬線的寬度，單位um，這些參數(shù)的溫度條件是結(jié)溫110℃。

則通過(guò)計(jì)算：

TPW4157設(shè)計(jì)上保證的持續(xù)通流電流為：

1.68mA?um×52um=87.4mA

峰值電流為：

[30×52^-0.32^ ]mA?um×52um=440.6mA

通過(guò)計(jì)算出的持續(xù)通流能力和峰值電流能力，可以評(píng)估在開(kāi)關(guān)切換的應(yīng)用場(chǎng)景中，所選開(kāi)關(guān)是否符合要求。

如果通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流是周期性變化的，比如占空比為D，峰值電流Ip，谷值電流I L ，計(jì)算平均電流，公式如下：

I RMS =I p ×D+I L ×(1-D)

則評(píng)估時(shí)除了需要保證峰值電流在開(kāi)關(guān)的承受能力內(nèi)，還要保證平均電流小于開(kāi)關(guān)持續(xù)的通流電流。

總結(jié)

綜上所述，評(píng)估開(kāi)關(guān)的通流能力通常需要從設(shè)計(jì)上和應(yīng)用上進(jìn)行分析。如果選用的開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻較小，則通流能力主要受到開(kāi)關(guān)內(nèi)部金屬走線寬度的限制。