為了最大極限地下降功耗，一個簡略的MOSFET一般用于為未運用的電路供給電源。可是，更好的挑選是運用負載開關，因為它具有額定的功用來處理電源軌辦理的許多奇妙和改變多端的問題。
負載開關供給一系列來自多個供貨商的功用參數(shù)和額定值，這使得運用優(yōu)先級和可用部件之間的合作杰出。
本文將扼要評論IC和電路關斷概念，然后介紹適宜的負載開關選項以及怎么運用它們。
掉電選項
經(jīng)過暫時封閉不需求的功用來最小化功耗是規(guī)范的體系戰(zhàn)略。出于這個原因，許多IC具有用戶導向的超低功耗靜態(tài)形式。
可是，將IC置于靜態(tài)形式只會封閉IC而不是關聯(lián)電路，其間包括其他功耗耗散無源器材（主要是電阻器）以及有源分立器材，如晶體管。因而，規(guī)劃人員常常轉向運用簡略的MOSFET來封閉整個子部分的電源。
即便經(jīng)過使能操控線可封閉電源（LDO或開關）以下降其負載子電路的閑暇形式功耗，也可能需求此MOSFET。原因在于，盡管節(jié)約可能很大，但即便在關機形式下，許多電源的走漏電流也相對較大，因而節(jié)電可能不行。
盡管運用恰當巨細的MOSFET作為電源導軌開關開關確實可行，但MOSFET獨自供給的功用和功用很少，并且一般無法支撐其他開/關切換要求。此外，電路規(guī)劃人員有必要為MOSFET供給適宜的柵極驅動器，這成為“待辦事項”列表中的另一項內容，因而添加了規(guī)劃雜亂性，時刻，空間和本錢。
負載開關供給了“一體式”解決計劃
一種更好的辦法是運用“負載開關”IC，這是一種通路元件MOSFET，并在小型封裝中添加了額定的電源辦理功用。大多數(shù)負載開關只要4個引腳，每個引腳有一個用于輸入電壓，輸出電壓，邏輯電平使能和接地（圖1）。
根本負載開關圖四端子設備
圖1：根本負載是一個四端器材，它將MOSFET和MOSFET驅動器集成在一個易于運用的封裝中。（圖片來歷：德州儀器）
操作十分簡略：當負載開關經(jīng)過ON引腳啟用時，通路FET導通，并答應電流從輸入（源）電壓引腳流向輸出（負載）電壓引腳。與根本MOSFET相同，經(jīng)過“開關”的直流電阻僅為幾毫歐（mΩ），所以電壓下降，相關的功耗也是如此。
負載開關不僅僅是一個MOSFET和一個驅動器，它能夠經(jīng)過簡略的邏輯電平信號來敞開/封閉。盡管獨自運用這種功用可能會使負載開關比選用獨自驅動器的MOSFET更好，但負載開關的功用更多（圖2）。
負載開關功用的圖畫
圖2：負載開關一般具有其他功用，包括放電操控，擺率操控，各種形式的維護和毛病監(jiān)督。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
除了邏輯電平操控功用外，為什么還要運用負載開關？有幾個原因：
全體驅動器辦理對門極的充電和放電，從而供給MOSFET導通/關斷周期上升/下降時刻的變換速率操控。這能夠優(yōu)化MOSFET功用，防止過沖和振鈴，并將不合需求的EMI / RFI降至最低。
此外，經(jīng)過操控開關中MOSFET的導通時刻，能夠防止因為快速測驗對負載電容充電導致的闖入電流的俄然添加而導致輸入電壓軌下垂。假如相同的輸入軌還為其他有必要堅持充沛供電的子體系供電，則此問題會出現(xiàn)問題。
一些負載開關經(jīng)過輸出和地之間的片上電阻供給快速輸出放電（QOD）功用; 當器材經(jīng)過ON引腳禁用時，該形式被激活。這會使輸出節(jié)點放電，并防止輸出浮空，這會在負載電路未封閉到界說狀況時導致不需求的活動。
請注意，此功用有時不受歡迎：假如負載開關的輸出連接到電池，當經(jīng)過ON引腳禁用負載開關時，這種快速輸出放電會導致電池耗盡 - 這不是好事！因而，一些供貨商將其作為單個設備中的可選功用供給，而另一些供貨商供給兩種負載開關的變體，一種具有它，另一種不具備。前一種選項答應將多個相同部件用于單個產(chǎn)品，但在不同狀況下運用。
負載開關能夠包括其他功用，例如熱關斷，欠壓閉鎖，電流限制和反向電流維護等，這些功用都能夠在電源和導軌上運用。這些維護功用有助于體系級完整性。
與開端運用根本MOSFET來切換電源軌并添加這些功用比較，全體BOM，規(guī)劃時刻和房地產(chǎn)本錢能夠大大下降。
進一步來說，負載開關的運用并不局限于簡略的封閉以節(jié)約電力。經(jīng)過運用一組負載開關，單個較大的電源能夠為多個電路子部分供電，這些子部分的上/下功率經(jīng)過多個數(shù)字輸出操控下的規(guī)則序列和時序完成（圖3）。以這種方法，負載開關充當更廣泛和有用的電源辦理操控計劃的門控元件。
負載開關的圖畫答應單個電源驅動多個負載
圖3：負載開關答應單電源驅動多個負載，每個負載都具有獨立的敞開/封閉和相對守時。
請記住，負載開關在其輸入側需求一個電容（一般為1微法（μF）），以限制由流入放電負載電容的瞬態(tài)涌入電流引起的輸入電源電壓降。他們還需求“看到”一個約為輸入電容值十分之一的負載電容; 假如負載小于這個值，應該添加一個小的輸出電容。
加載開關參數(shù)
負載開關的功用特點從用作開/關開關的規(guī)范FET開端。這些包括：
導通電阻（R on）決議負載開關兩端的電壓降以及開關的功耗。典型值在幾十毫歐范圍內，但會隨單個供貨商產(chǎn)品和負載開關電流容量而改變。規(guī)劃者有必要做一些根本的計算來斷定運用程序中的最大答應值。
最大電壓（V in）和電流（I max）額定值指定了開關可接受的電壓有多高以及最大電流有多大。規(guī)劃師應該查看穩(wěn)態(tài)值以及這些要素的瞬態(tài)和峰值。
其他參數(shù)是靜態(tài)電流和關斷電流。靜態(tài)電流是負載開關導通時負載開關所耗費的電流，因而成為糟蹋的功率。與負載自身耗費的功率比較，這能夠忽略不計。關斷電流是當開關處于關斷形式時從負載開關“走漏”到負載的電流。
負載切換從簡略到雜亂
用額定的功用的負載開關的一個很好的比如是NCP330從安森美半導體。這是一個根本的N溝道MOSFET負載開關，但它包括一個2毫秒的軟啟動形式，用于突發(fā)負載的運用可能有害的狀況。在有電池容量有限的移動運用中，這一般是必需的（圖4）。
安森美半導體的NCP330負載開關圖
圖4：安森美半導體的NCP330負載開關包括一個2毫秒的反轉形式，因而負載不會俄然連接到電源。這能夠防止供應和負載的各種操作和功用問題。（圖片來歷：安森美半導體）
NCP330的導通電阻十分低，只要30mΩ，因而十分合適用于以3安培（A）（5 A峰值）充電的體系電池。假如電源連接到Vin引腳（高電平有用），則1.8 V至5.5 V器材將主動啟用。假如沒有輸入電壓，它經(jīng)過一個內部下拉電阻堅持封閉狀況。還內置反向電壓維護。
Vishay Siliconix供給SiP32408和SiP32409擺率操控負載開關（2.5 V 3.6 V時），規(guī)劃用于1.1 V至5.5 V的操作。SIP32409與SiP32408相同，但具有快速關斷輸出放電電路。其間一個要害特性是其導通電阻（一般為42mΩ）在1.5至5伏的大部分電源范圍內堅持平整。另一個特點是操控使能電壓也很低，所以它能夠用在低電壓電路中而不需求電平變換器（圖5）。
操控使能信號低和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的聯(lián)系圖
圖5：來自Vishay Siliconix的SiP32408和相似SiP32409負載開關的操控使能信號低和高邏輯電平閾值與輸入電壓之間的聯(lián)系。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
盡管負載開關在封裝引腳的數(shù)量和功用方面是相對簡略的器材，可是當電流流動和可能的寄生效應時，布局仍然是個問題。出于這個原因，最好運用公司建議的印刷電路板布局（圖6）以及1×1英寸（2.5×2.5厘米）評價板的頂部和底部布局（圖7）。
精心策劃的印制電路板布局和元件布局圖
圖6：需求細心規(guī)劃印刷電路板布局和元件布局，以完成負載開關（如SiP32408和SiP32409）的悉數(shù)功用，以便地噪聲，寄生效應和電流不會影響最大功用。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
SiP32408和SiP32409的電路板布局圖畫
圖7：除了展現(xiàn)SiP32408和SiP32409的首選印制電路板布局外，Vishay Siliconix還為這些器材的小型評價板供給布局。（圖片來歷：Vishay Siliconix）
在越來越常見的較低電壓下運用的負載開關是德州儀器（Texas Instruments ）的TPS22970，它能夠在低至0.65 V至3.6 V的輸入電壓下作業(yè)（圖8）。導通電阻也很低，從1.8 V輸入典型4.7mΩ，在0.65 V時稍微上升到6.4mΩ。該開關處理4 A的接連電流，通態(tài)靜態(tài)電流為30μA（典型值）輸入電壓為1.2 V，輸入電壓高于1.8 V時的關斷狀況電流為1μA。
TPS22970的根本運用圖
圖8：TPS22970的根本運用顯現(xiàn)了臨界輸入（源）電容和有時不必要的輸出（負載）電容; 它還清楚地表明負載開關是簡略的四端設備。（圖片來歷：德州儀器）
TPS22970具有150Ω的片內電阻，可在開關禁用時快速放電輸出。這能夠防止由負載看到起浮電源引起的任何不知道狀況。在輸入電壓分別為3.6伏和0.65伏時，擺率操控的敞開時刻分別為1.5毫秒（ms）和0.8毫秒。全面的數(shù)據(jù)表（長達25頁，用于四端設備）包括許多詳細的表格和圖表，能夠從各種角度全面表征其功用。例如，它顯現(xiàn)了四個輸入電壓中每一個的上升和下降時刻與溫度的聯(lián)系（圖9）。
上升時刻（左）和下降時刻（右）與溫度的聯(lián)系圖
圖9：TPS22970的負載電阻為10Ω，負載電容為0.1μF時的上升時刻（左）和下降時刻（右）與溫度的聯(lián)系。（圖片來歷：德州儀器）
定論
MOSFET自身能夠供給一個簡略的解決計劃來翻開和封閉DC，以最大極限地下降功耗，完成多個負載的排序以及操控電源時序?？墒牵闪薓OSFET，驅動器，擺率操控和各種形式的毛病維護的負載開關一般是更好的挑選，因為它能夠在單個小尺度器材中供給所有這些額定功用。
負載開關供給一系列來自多個供貨商的功用參數(shù)和額定值，能夠很好地習慣運用優(yōu)先級和可用部件。
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