集成電源開關(guān)：集成負載開關(guān)選型及設(shè)計要點-KIA MOS管

NMOS與PMOS

在NMOS器件中，通過使柵極電壓高于源極電壓來使導(dǎo)通FET接通。通常，源極電壓與VIN端子處于相同電勢。要使柵極和源極間產(chǎn)生上述電壓差，需要一個電荷泵。使用電荷泵將增大器件的靜態(tài)電流。

在PMOS器件中，通過使柵極電壓低于源極電壓來使導(dǎo)通FET接通。PMOS器件的架構(gòu)無需電荷泵，因此其靜態(tài)電流比NMOS器件的靜態(tài)電流低?；赑MOS的架構(gòu)與基于NMOS的架構(gòu)的一個主要差別是，基于PMOS的負載開關(guān)在低電壓下性能欠佳，因為低壓下VGS低，導(dǎo)通電阻RDSON大。而NMOS器件在低輸入電壓應(yīng)用中性能良好。

導(dǎo)通狀態(tài)電阻(RON)

導(dǎo)通狀態(tài)電阻(RON)是一個極為重要的參數(shù)，因為它決定了負載開關(guān)的壓降和功耗。RON越大，負載開關(guān)的壓降越大，功耗越高。

集成負載開關(guān)

其中，

?Vmax=VIN到VOUT的最大壓降

ILOAD=負載電流

RON,max=給定VIN對應(yīng)的器件最大導(dǎo)通電阻

IQ=負載開關(guān)的靜態(tài)電流

電壓(VIN)和電流(IMAX)額定值

決定使用哪種負載開關(guān)時的重要考慮因素之一是應(yīng)用所需的電壓和電流。負載開關(guān)必須能夠支持穩(wěn)態(tài)工作期間所需的直流電壓和電流，以及瞬變電壓和峰值電流。需要注意的是，一些負載開關(guān)需要偏置電壓來開啟器件和偏置內(nèi)部電路。此偏置電壓與輸入電壓無關(guān)。

關(guān)斷電流(ISD)和靜態(tài)電流(IQ)

靜態(tài)電流是負載開關(guān)接通時消耗的電流。除I2R損耗外，靜態(tài)電流還將決定負載開關(guān)接通時的功耗量。如果負載電流足夠大，則靜態(tài)電流引起的功耗可忽略不計。

關(guān)斷電流決定了負載開關(guān)通過ON引腳被禁用時的功耗量。使用負載開關(guān)切斷子系統(tǒng)電源可顯著降低電源軌的待機功耗。

上升時間(tR)

上升時間因器件而異。上升時間可能需要較短，也可能較長，具體取決于應(yīng)用。此外，浪涌電流與上升時間成反比。了解系統(tǒng)所能接受的浪涌電流是十分有益的。

集成負載開關(guān)

其中

INRUSH=CL產(chǎn)生的浪涌電流的大小CL=VOUT上的總電容dVOUT=啟用器件時VOUT的電壓變化dt=VOUT電壓變化dVOUT所用的時間

快速輸出放電(QOD)

一些負載開關(guān)具有內(nèi)部電阻，該電阻會在開關(guān)關(guān)斷時將輸出拉至地，以避免輸出浮空。要使快速輸出放電功能起作用，輸入電壓引腳上的電壓需處于工作范圍內(nèi)。

快速輸出放電功能有諸多好處，例如：

輸出不會浮空并且始終處于已確定狀態(tài)。

下游模塊始終完全關(guān)閉。

不過，仍有應(yīng)用無法從快速輸出放電功能中受益。

如果負載開關(guān)的輸出與電池相連，則通過ON引腳禁用負載開關(guān)時，快速輸出放電會導(dǎo)致電池電量耗盡。

如果兩個負載開關(guān)用作雙輸入單輸出多路復(fù)用器（其中，二者輸出連在一起），則負載開關(guān)無法提供快速輸出放電功能。否則，快速輸出放電期間將持續(xù)浪費電能，因為只要通過ON引腳禁用負載開關(guān)，電流就會通過內(nèi)部電阻流向地。

封裝尺寸

集成負載開關(guān)提供各種不同的形狀和尺寸。確保應(yīng)用能夠接受負載開關(guān)是十分重要的。在空間受限的系統(tǒng)中，可能需要選擇較小的封裝尺寸。例如，可能不需要使用0.4mm間距的器件，所以選擇部件時不應(yīng)考慮0.4mm間距的器件。因此，選擇器件時應(yīng)考慮封裝尺寸。

輸入和輸出電容

在負載開關(guān)應(yīng)用中，應(yīng)放置輸入電容，以限制由流入已放電的負載電容的瞬變浪涌電流所導(dǎo)致的輸入電源壓降。強烈建議在VIN和GND之間靠近VIN端子的位置放置1μF電容(CIN)。較大的電容將降低大電流應(yīng)用期間的壓降。盡管強烈推薦，但這并非負載開關(guān)工作所必需。

移除電源時，VOUT和GND之間的總輸出電容(CL)可能會使VOUT上的電壓超過VIN上的電壓，對于不具備反向電路保護功能的器件，這可能導(dǎo)致電流從VOUT經(jīng)導(dǎo)通FET中的體二極管流向VIN。為防止出現(xiàn)這種情況，建議（但不要求）輸入電容和負載電容保持10:1的比值。

散熱注意事項

最大IC結(jié)溫應(yīng)限制為絕對最大值表中指示的正常工作條件下的最大結(jié)溫。要計算在給定的輸出電流和環(huán)境溫度下的最大允許功耗PD(max)，請使用公式：

集成負載開關(guān)