负荷电源开关基本上电源电路及发展趋势概述

负荷电源开关基本上电源电路
输出功率MOSFET是一种具备优良电源开关特点的元器件：通断时其通断电阻器RDS(ON)不大；在关闭时其泄露电流IDSS不大。此外，它的抗压范畴很宽，从几十V到好几百V，漏极开关电源范畴宽，从几A到几十A，因此 特别适合作负荷电源开关。

N断面MOSFET能够构成非常简单的负荷电源开关，如图所示1所显示。负荷接在开关电源与漏极中间（负荷能够是直流电机、风扇、功率大的LED、白炽灯或螺管电磁线圈等）。在其栅压上添一个逻辑性上拉电阻，则N-MOSFET通断，负荷得电；在其栅压加一个逻辑性低电频，则N-MOSFET关闭，负荷跳停。

图1 用MOSFET构成的负荷电源开关

从图1能够看得出，负荷电源开关接是在开关电源与负荷中间，用逻辑性脉冲信号来操纵通、断，使负荷得电或跳停的电力电子器件。因为电源开关在负荷的下面，一般称之为中低端负荷电源开关。

假如负荷是一个规定接地线的电源电路（如功率放大电路电源电路、发送电源电路或接受电源电路等），则中低端负荷电源开关不能用，要选用高档负荷电源开关。高档负荷电源开关主要是由P断面MOSFET构成，如图2所显示。图2(a)是由一个P-MOSFET与一个反相器构成的，图2(b)是由一个P-MOSFET与一个N-MOSFET构成的。电源开关在负荷的上边，称高档负荷电源开关。

图2 高档负荷电源开关

以图2(a)来表明其原理。在反相器键入端键入逻辑性上拉电阻时，其輸出端为低电频，反相器的输入输出端与P-MOSFET的栅压联接，则使-VGS≈VIN，P-MOSFET通断，负荷得电；若反相器键入端键入逻辑性低电频，反相器輸出上拉电阻，则使其-VGS≈0V，P-MOSFET关闭，负荷跳停。一般在键入端通常接一下拉电阻，其意义是使负荷电源开关在无操纵讯号键入时处在稳定的关闭情况。

图2(b)的原理与图2(a)同样，阅读者可自主剖析。

图3 负荷电源开关接负荷电源电路

假如在负荷电源开关与负荷中间接了一个大空间电容器，如图所示3所显示。当这电容器的等效电路串联电阻十分钟头，在负荷电源开关通断的一瞬间，有很大的暂态电流量（冲击性电流量，如图所示3下图所显示）穿过开关管。为减少冲击性电流量，在负荷电源开关中提高了C1及R2，如图4所显示。当负荷电源开关在通断后的一瞬间，键入工作电压经P管拔加进C1及R2上（Q1的通断电阻器略而不计入），其工作电压关键降在R2上，减少了-VGS，减少ID电流量，即减少冲击性电流量。C1≤1000pF，R1=10～47kΩ，R2=1～4.7kΩ。

图4 负荷电源开关基本上电源电路

图2、图4是负荷电源开关的基础电源电路。因为电源电路十分简易，能够由分立元件构成，但当前有已有的集成电路芯片，使运用更便捷，占PCB总面积也更小。

负荷电源开关的发展趋势
从负荷电源开关基本上电源电路看来，其优点是构造简易，缺陷是缺乏超温维护（负荷有局部短路或輸出有短路故障）。在有短路故障时不但负荷、负荷电源开关毁坏，而且因为开关电源负载关闭会使整体设备、系统软件不可以正常的工作中。因而近些年，大家依据负荷电源开关的发展趋势作了很多的改善，改进了特性、提升了运行稳定性、提升了作用。

1 在安全性保障层面
①在负荷电源开关中提升超温关掉电源电路。如果有产生负荷局部短路或短路故障状况时，使负荷电源开关的芯管溫度超出超温阀值溫度（如125℃），则超温关掉电源电路起功效将负荷电源开关断开。不但防止了负荷更高的毁坏，也使开关电源不因负荷短路故障而危害向别的电源电路供电系统。在超温常见故障产生时，负荷电源开关还輸出常见故障数据信号（给微控制器μP）以告之常见故障的存有。此外也有键入欠压保护锁存维护作用。

②在负荷电源开关中提升过流保护电源电路。负荷电源开关中没电流量检验及过流保护輸出电源电路。它有2种构造：限定电流是加工厂设置的；限定电流量可由客户外接设备一个电阻器设置。产生过电流情况时，负荷电源开关輸出常见故障数据信号。

具备过流保护輸出的负荷电源开关，不但提升了运行的安全性及安全系数，而且这类负荷电源开关还能够作为输出功率分派电源开关、热插拔电源插座、USB端口号。有的负荷电源开关在过电流时便輸出锁存（无輸出），则这类负荷电源开关可当作“电子器件熔断丝”在清除过电流常见故障后，重启后可一切正常工作中。有的负荷电源开关在过电流时，以限定的电流量（恒流电源）再次给负荷供电系统。

2 在电源开关特性层面
伴随着半导体材料生产工艺的发展，单独分立器件MOSFET的通断电阻器逐渐降低，通断电阻器小的可保证几mΩ。集成化负荷电源开关中的MOSFET通断电阻器稍大，现阶段可保证几十mΩ上下。为了更好地改进电源开关的特性，使电源开关慢运行（慢运行就是指电源开关连接时，其工作电压上升幅度是一个陡坡，避免 经历大的影响电流量）、快关闭。工作电压升高的切线斜率有几种：由加工厂设置几类切线斜率（开机时间不一样），供客户挑选；由使用者在元器件外接设备一电容器，设置其开机时间。为了更好地迅速关闭电源开关，在负荷电源开关中设相关断时輸出有充放电电源电路，如图所示5所显示。在负荷电源开关关闭时，N-MOSFET通断，电容器往N管充放电，加快关闭時间。

图5 负荷电源开关中的輸出合理充放电电源电路

3 别的层面
为了更好地融入携带式电子设备对负荷电源开关的运用必须，在下列几层面作了改善：工作标准电压合适充电电池供电系统工作电压，一般为 1.8～5.5V或1.2～5.5V；为达到更低的工作电压，最少键入电流为0.8V；降低静态数据电流量，一般为几μA（静态数据电流量的大小与负荷电源开关里面的线路负荷水平相关），典型值为1μA。某些较简易的负荷电源开关，其静态数据电流量IQ=25μA；輸出电流量一般0.2～6A，可达到各种各样携带式的规定；为达到携带式体型小的规定，负荷电源开关选用小规格封裝，一般选用SOT-23封裝、2mm×2mm的MLP或MLF封裝、SC-70封裝，最少的选用6焊球BGA封装，其封裝规格仅为1.5mm×1.0mm；在开关电源关闭时，无反方向电流量。

运用河段的拓展
负荷电源开关是一种通用性输出功率控制开关元器件，以往关键运用于工业控制系统及汽车产业等。近些年，伴随着携带式电子设备的发展趋势，如PDA、手机上、数码照相机等纤柔商品大批量发售，为了更好地节约电磁能，除开运用效率高的电池管理IC外，还必须好几个负荷电源开关，并由微控制器完成操纵构成负荷管理方法（在不一样的运行状态时，给有效的负荷供电系统，将无需的负荷通通关闭）。图6便是一种负荷管理方法的结构示意图。在图上，电池管理IC有5路輸出（3路DC/DC转化器、2路LDO）。DC/DC1的輸出供3个串联的负荷1～负荷3。为了更好地操纵负荷1～3的插电或关闭电源，在DC/DC1与3个负荷中间加接了3个负荷电源开关（负荷电源开关1～3），其操纵线接微控制器I/O口，由微控制器操纵其通、断来完成负荷管理方法。

图6 负荷管理方法构造拓扑结构

负荷电源开关提升电流量限定作用后，可作为电子计算机外接设备供电系统端口号（USB），而且可制成热插拔电源插头，也可做通过率分派电源开关。

图7 輸出限定电流量可调整的USB端口号电源电路

图7是一种輸出限定电流量可调整的USB端口号电源电路。该电源电路由MIC2008作输出功率分派电源开关，由USB控制板对输出功率分派电源开关完成操纵。限制的电流量由外接设备电阻器R来设置（限定电流量范畴为0.2～2.0A）。该输出功率分派电源开关的输出电压上升幅度（开机时间）可由外接设备电容器C来设置，內部有超温防护及键入电流过低时輸出锁存维护。

典型性负荷电源开关介绍
近些年，FAIRCHILD企业、ANALOGIC TECH企业、MICREL企业等陆续研发出各种新式负荷电源开关。因为这种负荷电源开关作用较全，因此被称作“全接触”或“智能开关面板”。这儿简易地详细介绍FAIRCHILD企业的FPF2163/4/5及ANALOGIC TECH企业的AAT4297负荷电源开关。

1 FPF2163/4/5系列
FPF2163/4/5系列负荷电源开关是一种輸出交流电可设置的多用途负荷电源开关。该系列产品主要特点：键入工作电压1.8～5.5V；限制电流量可调整范畴为0.15～1.5A；键入工作电压小于阈值电压时，輸出锁存（UVLO）；有超温关掉；静态数据电流量最高值为77μA（典型值），电源开关关闭时耗电量低于2μA；产生欠压保护锁存、超温、过电流常见故障时，有常见故障数据信号輸出；电源开关关闭时无反方向电流量；小规格FET-6封裝（2mm×2mm）；工作中温?上面有一些区别，如表1所显示。客户可按照设备的需求挑选。

该系列产品负荷电源开关关键用以PDA、手机上、GPS、MP3播放软件、数码照相机、外接设备端口号及热插拔开关电源等。FPF2164可作为“电子器件熔断丝”。

图8 FPF2163/4/5脚位排序

该系列产品脚位排布如图所示8所显示，其常见运用电源电路如图所示9所显示。

图9 FPF2163/4/5典型性运用电源电路

在图9中，键入电容器CIN为1μF，輸出电容器COUT为0.1μF，10kΩ为常见故障数据信号输入输出的上拉电阻（內部为开漏输出构造），RSET为过流保护设置电阻器，设置的过流保护电流量ILIM与RSET的影响为：
RSET=275.6/ILIM

式中，RSET的公司为Ω，ILIM的公司为A。设置的限定电流量有一定的允差，允差范畴为±25%。
在ON端加逻辑性上拉电阻（VIN=1.8V时＞0.8V，VIN=5.5V时＞1.4V）时电源开关通断；在ON端加逻辑性低电频（VIN =1.8V时＜0.5V，VIN=5.5V时＜1V）时，电源开关关闭。

2 AAT4297
AAT4297是一种用以手机控制LED的负荷电源开关。在手机中有许多LED，他们作为纯色或五颜六色LCD显示屏的led背光照明灯具、电脑键盘的灯具及照相机的LED拍照闪光灯。有一些双显示器的副屏及按键的led背光能够更改其色调以符合用户的不一样钟爱。这一些LED的不一样运行状态可选用一种新式操纵LED的负荷电源开关开展管理方法，这就是AAT4297。它除用以手机上外，还能够用以多通道小输出功率负荷电源开关、本人通讯设备以及他携带式电子设备的负荷管理方法。
该元器件主要特点：键入电流电压标准为1.8～5.5V；內部有6个中低端N沟通交流MOSFET电源开关，每一个电源开关全是单独的；可选用单独串行通信控线（S2C线）对每个电源开关完成通、断操纵；静态数据电流量少，典型值为3μA；每一个电源开关可推动208mA；不必别的外场元器件；12脚位TSOP封装；操作温度范畴-40～ 85℃。

图10 AAT4297的脚位框架图

该元件的构造方框图如图所示10所显示。EN/SET为也就能/电源开关挑选端，与μP的串行接口联接，键入6位模拟信号（000000～111111）后置摄像头高电平，可完成6个电源开关64种不一样的通、断情况。VCC键入 1.8～5.5V工作电压，S1～S6为各电源开关的漏极（开漏输出构造），外接LED负荷。假如键入6位模拟信号都是1后置摄像头高，外接6个LED（LED1～LED6）都亮；若导入的模拟信号是010011，则LED1、LED3、LED4灭，LED5、LED6亮，当EN/SET端入数据信号由上拉电阻变为高电平时，则全部亮的LED都灭。

图11 AAT4297典型性运用电源电路

其常见运用电源电路如图所示11所显示。S1～S3接三基色（RGB）LED，RR、RG、RB、为各色各样LED的功率电阻。运用红、绿、蓝三种不一样发亮色彩的组成，能够 造成7种不一样的色调。比如，红、绿、蓝三种LED以一定的亮度单位亮时，可造成白光灯；红、绿两LED亮时可造成橘色光。如果有必须也可并接好几个RGB LED。S4接D1～D4白光LED，它作为五颜六色主显示器led背光照明灯具，S6接拍照闪光灯LED，作照相机拍照闪光灯用。
依据手机上的不一样运行状态，由μP向EW/SET键入不一样的模拟信号，可完成LED的负荷管理方法。模拟信号的次数可达到1MHz。运用键入EN/SET数据信号使LED亮的时间段与灭的時间更替开展，更改亮、灭的時间，能够完成LED屏幕亮度调节。

从图11看得出，仅用μP一条串行通信控线就可以对全部LED负荷完成管理方法，并可更改led背光色调及调节亮度，这一LED负荷电源开关元件的功用及特性是很出色的，它是时尚手机中较常用的负荷管理方法IC。

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