在知道用电之前,人们用蜡烛照明。这在过去是常用的能在黑暗中视物的照明方式,但灯泡的发明显然是更好的解决方案。
 
像蜡烛一样,功率 MOSFET(功率场效应晶体管)是切换负载最常见的方式,其四周围绕着众多分立电阻器与电容器(以及用于控制功率 MOSFET 的双极结型晶体管(BJT)/ 第二个场效应晶体管)围绕的功率 MOSFET)。但在多数情况下,使用全面集成的负载开关具有更显著的优点。
 
系统中的负载开关在哪里
一个典型系统包括一个电源和多个负载,需要各种不同的负载电流,如 Bluetooth®、Wi-Fi 或处理器轨。多数情况下,系统必须独立控制哪些负载开启,何时开启,以什么速度开启。利用分立 MOSFET 电路或集成负载开关便能完成这种功率切换,如图 1 所示。
 

图 1:从电源切换到多个负载
 

分立 MOSFET 电路包含多个组件来控制分立功率 MOSFET 的导通与关断。这些电路可通过来自微控制器的通用输入 / 输出(GPIO)信号来进行开启或关闭。此类电路可参见图 2 所示。
 

图 2:P 信道 MOSFET(PMOS)分立电路
 

也可以使用负载开关来打开或关闭电源轨和相应负载之间的连接。这些集成器件在其对应的分立电路上有一些益处。图 3 所示为负载开关电路。
 

图 3:典型负载开关电路
 

尺寸优势
使用负载开关作为解决方案的一个优点在于组件数量和尺寸的缩减。负载开关的设计将组件整合成包,甚至比 MOSFET 自身还小。图 4 对 PMOS 方案和等效的负载开关进行了尺寸上的对比。负载开关更小的尺寸使其即使面对最受空间限制的应用也非常适合。
 

图 4:TPS22965 与等效分立方案尺寸对比
 
 

特色优势 
负载开关中还集成了在分立电路中没有的一些特色功能。在分立方案中加入反向电流阻隔需要一个额外的 MOSFET 作背靠背的配置,这将直接增加一倍的尺寸。TPS22910A 和 TPS22963C 就是德州仪器两个已内置此项功能的负载开关组合的例子。
 
快速输出放电(QOD)是德州仪器负载开关的一项标准功能,可在开关处于关闭状态时将输出电压(VOUT )通过内部通路释放至接地。图 5 为该功能示意图。
 

图 5:QOD 说明
 

QOD 在输出侧提供一个已知状态,并确保所有负载已被释放且都被关闭。
 
TPS22953 和 TPS22954 具有发送“电源正常”信号的功能,当 VOUT 负载达到其终值的 90%时即发出该信号。该信号流入下游模块使能引脚,从而使这些模块在电压轨通电后开启。“电源正常”信号的功能也可用于电源排序,开启一个负载开关将会有多个电源轨以特定顺序出现。
 
毫不夸张地说,灯泡的发明使人们在黑暗中视物变得容易,而集成负载开关完成紧凑与低功耗电路设计的挑战正如灯泡的发明一样意义非凡。那么,是时候吹灭蜡烛,并用集成负载开关点亮你功率切换设计这盏明灯了。