集成電源開關：集成負載開關選型及設計要點-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電流。

在PMOS器件中，通過使柵極電壓低于源極電壓來使導通FET接通。PMOS器件的架構無需電荷泵，因此其靜態電流比NMOS器件的靜態電流低。基于PMOS的架構與基于NMOS的架構的一個主要差別是，基于PMOS的負載開關在低電壓下性能欠佳，因為低壓下VGS低，導通電阻RDSON大。而NMOS器件在低輸入電壓應用中性能良好。

導通狀態電阻(RON)

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

其中，

?Vmax=VIN到VOUT的最大壓降

ILOAD=負載電流

RON,max=給定VIN對應的器件最大導通電阻

IQ=負載開關的靜態電流

電壓(VIN)和電流(IMAX)額定值

決定使用哪種負載開關時的重要考慮因素之一是應用所需的電壓和電流。負載開關必須能夠支持穩態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，一些負載開關需要偏置電壓來開啟器件和偏置內部電路。此偏置電壓與輸入電壓無關。

關斷電流(ISD)和靜態電流(IQ)

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

關斷電流決定了負載開關通過ON引腳被禁用時的功耗量。使用負載開關切斷子系統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，具體取決于應用。此外，浪涌電流與上升時間成反比。了解系統所能接受的浪涌電流是十分有益的。

其中

INRUSH=CL產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)

一些負載開關具有內部電阻，該電阻會在開關關斷時將輸出拉至地，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。

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。

下游模塊始終完全關閉。

不過，仍有應用無法從快速輸出放電功能中受益。

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

如果兩個負載開關用作雙輸入單輸出多路復用器（其中，二者輸出連在一起），則負載開關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浪費電能，因為只要通過ON引腳禁用負載開關，電流就會通過內部電阻流向地。

封裝尺寸

集成負載開關提供各種不同的形狀和尺寸。確保應用能夠接受負載開關是十分重要的。在空間受限的系統中，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考慮0.4mm間距的器件。因此，選擇器件時應考慮封裝尺寸。

輸入和輸出電容

在負載開關應用中，應放置輸入電容，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用期間的壓降。盡管強烈推薦，但這并非負載開關工作所必需。

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，這可能導致電流從VOUT經導通FET中的體二極管流向VIN。為防止出現這種情況，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結溫應限制為絕對最大值表中指示的正常工作條件下的最大結溫。要計算在給定的輸出電流和環境溫度下的最大允許功耗PD(max)，請使用公式：

其中：PD(max)=最大允許功耗TJ(max)=最大允許結溫TA=器件的環境溫度θJA=結點到空氣熱阻此參數很大程度上取決于電路板布局。

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