负载开关的发展概况

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1、负载开关的发展概况负载开关基本电路功率MOSFET是一种具有良好开关特性的器件：导通时其导通电阻RDS(ON)很小；在关断时其漏电流IDSS很小。另外，它的耐压范围很宽，从几十V到几TTV,漏极电源范围宽,从儿A到儿十A,所以非常适合作负载开关。N沟道MOSFET可以组成最简单的负载开关，如图1所示。负载接在电源与漏极之间(负载可以是直流电动机、散热风扇、人功率LED、白炽灯泡或螺管线圈等)。在其栅极上加一个逻辑高电平，则N-MOSFET导通，负载得电；在其栅极加一个逻辑低电平，则N-MOSFET关断，负载失电。R1

2、负D电TT翼屮界图1川MOSFET组成的负载开关从图2可以看出，负载开关接是在电源与负载Z间，用逻辑电平来控制通、断，使负载得电或失电的功率器件。由于开关在负载的下边，一般称为低端负载开关。如果负载是一个要求接地的电路(如功率放大电路、发射电路或接收电路等)，则低端负载开关不能用，要采用高端负载开关。高端负载开关主要由P沟道MOSFET组成，如图2所示。图2(a)是由一个P-MOSFET与一个反相器组成的，图2(b)是由一个P-MOSFET与一个N-MOSFET纟II.成的。开关在负载的上而，称高端负载开关。INIf

3、p管员rlON1

4、~虹才恂世界图2高端负载开关以图2(a)來说明其工作原理。在反相器输入端输入逻辑高电平时，其输出端为低电平,反相器的输出端与P-MOSFET的栅极连接,则使-VGS^VIN,P-MOSFET导通，负载得电;若反相器输入端输入逻辑低电平，反相器输出高电平，则使其・VGSSV,P-MOSFET关断，负载失电。一般在输入端往往接一下拉电阻，其n的是使负载开关在无控制信号输入时处于可靠的关断状态。图2(b)的工作原理与图2(a)相同，读者可自行分析。如果在负载开关与负载之间接了

5、一个大容量电容，如图3所示。当这电容的等效串联电阻非常小时，在负载开关导通的瞬间，有较大的瞬态电流(冲击电流，如图3右图所示)流过开关管。为减小冲击电流，在负载开关中增加了C1及R2,如图4所示。当负载开关在导通后的瞬间，输入电压经P管后加在C1及R2上(Q1的导通电阻略而不计)，其电压主要降在R2上，减小T-VGS,减小ID电流，即减小冲击电流。Cl

6、件组成，但目前有现成的集成电路，使应川更方便，占pcb面积也更小。负载开关的发展从负载开关皐木电路来看，其特点是结构简单，缺点是缺少过热保护（负载有局部短路或输出有短路）。在有短路时不仅负载、负载开关损坏，并且山于电源过载关断会使幣个装置、系统不能正常工作。因此近年来，人们根据负载开关的应用状况作了不少的改进，改善了性能、提高了工作可靠性、增加了功能。1在安全保护方而①在负载开关中增加过热关闭电路。如果有发牛负载局部短路或短路情况时，使负载开关的管芯温度超过过热阈值温度（如125°C）,则过热关闭电路起作川将负载开关

7、切断。不仅阻止了负载更大的损坏，也使电源不因负载短路而影响向其他电路供电。在过热故障发主时，负载开关述输出故障信号（给微处理器UP）以告知故障的存在。另外还有输入欠压锁存保护功能。②在负载开关中增加限流电路。负载开关小没电流检测及限流输出电路。它有两种结构:限制电流值是工厂设定的；限制电流可山用八外设一个电阻设定。发生过流状态时，负载开关输出故障信号。具有限流输出的负载开关，不仅提高了工作的可靠性及安全性，并且这种负载开关还可以用作功率分配开关、热插拔插座、USB端口。有的负载开关在过流时便输出锁存（无输出），则这种

8、负载开关可看作"电子保险丝〃在排除过流故障后，重新启动后可正常工作。有的负载开关在过流时，以限制的电流（恒流）继续给负载供电。1在开关性能方血随着半导体工艺技术的述步，单个分立器件MOSFET的导通电阻逐年卜一降，导通电阻小的口J做到几mQ。集成负载开关中的MOSFET导通电阻稍大，目前可做到几十mQ左右。为了改善开关的性能，使开关慢启动（慢启动是指开关接通时，其电压上升率是一个斜坡,防止有过人的冲击电流）、快关断。电压上升的斜率有儿种：由工厂设定儿种斜率（启动时间不同），供用户选择；山用户在器件外设一电容，设定其启

9、动时间。为了快速关断开关，在负载开关中设有关断时输出有放电电路，如图5所示。在负载开关关断时，N-MOSFET导通，电容往N管放电，加速关断时间。HEzworld图5负载开关屮的输出有效放电电路2其他为了适应便携式电子产品对负载开关的应川需要，在以下儿方面作了改进：工作电压适合电池供电电压，一般为1.8〜5.5V或1.2〜5.5V；为满足更低的