對于最終用戶來說，打開電子設(shè)備很簡單；只需按一下按鈕。然而，創(chuàng)造流暢的通電體驗需要付出很多努力。過快開啟系統(tǒng)可能會通過不受控制的大浪涌電流尖峰導(dǎo)致電源故障。對于基于微處理器或 FPGA 的應(yīng)用，正確的操作需要特定的電源軌排序要求。有時最好在啟用下游電路之前等待某些子系統(tǒng)上電。使用負(fù)載開關(guān)管理設(shè)備電源排序可以為最終用戶提供流暢的開機(jī)體驗。
像蠟燭一樣，功率MOSFET（功率場效應(yīng)晶體管）是切換負(fù)載最常見的方式，其四周圍繞著眾多分立電阻器與電容器（以及用于控制功率MOSFET的雙極結(jié)型晶體管（BJT）/第二個場效應(yīng)晶體管）圍繞的功率MOSFET）。但在多數(shù)情況下，使用全面集成的負(fù)載開關(guān)具有更顯著的優(yōu)點。
在大多數(shù)系統(tǒng)中，在整個設(shè)計中放置的電容器可確保沒有電源軌電壓降。最初通電時，對這些電容器充電會導(dǎo)致浪涌電流超過下游電路的最大額定電流。如果不加以解決，這可能會導(dǎo)致電壓軌超出調(diào)節(jié)范圍，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入不希望的狀態(tài)。未經(jīng)檢查的浪涌電流也會因超出其載流能力而損壞電路板連接器和電路板走線。為了管理浪涌電流，施加到容性負(fù)載的電壓需要具有受控的上升時間。所有德州儀器負(fù)載開關(guān)具有集成的軟啟動，有些器件甚至為不同的容性負(fù)載提供可調(diào)節(jié)的上升時間。圖 1 顯示了表示這種集成軟啟動的圖示。
圖 1：為系統(tǒng)負(fù)載提供受控上升時間的負(fù)載開關(guān)
在電源和容性負(fù)載之間放置一個負(fù)載開關(guān)可以大大減少開啟/啟用負(fù)載的浪涌電流。許多處理器和 FPGA 具有非常具體的電源排序要求以及電源軌需要開啟的特定順序。負(fù)載開關(guān)有助于滿足電源排序要求，允許對每個電源軌進(jìn)行負(fù)載點控制。然后為每個導(dǎo)軌供電變得像將正確的 GPIO 信號發(fā)送到正確的負(fù)載開關(guān)一樣簡單。圖 2 說明了這個概念。
圖 2：為每個負(fù)載使用單獨 GPIO 的電源排序
一些負(fù)載開關(guān)甚至具有指示輸出何時完全打開的電源正常 (PG) 信號。通過將 PG 信號連接到序列中的下一個負(fù)載開關(guān)的使能，電源排序僅需要一個 GPIO 信號用于所有電源軌。負(fù)載開關(guān)中還集成了在分立電路中沒有的一些特色功能。在分立方案中加入反向電流阻隔需要一個額外的MOSFET作背靠背的配置，這將直接增加一倍的尺寸。TPS22954就是德州儀器兩個已內(nèi)置此項功能的負(fù)載開關(guān)組合的例子。快速輸出放電（QOD）是德州儀器負(fù)載開關(guān)的一項標(biāo)準(zhǔn)功能，可在開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時將輸出電壓（VOUT ）通過內(nèi)部通路釋放至接地。
TPS22953/54是小型單通道負(fù)載開關(guān)，具有受控開啟功能。該器件包含一個N溝道MOSFET，可在0.7 V至5.7 V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并可支持5 a的最大連續(xù)電流。
集成的可調(diào)欠壓鎖定（UVLO）和可調(diào)功率良好（PG）閾值可提供電壓監(jiān)測和可靠的功率排序。該裝置的可調(diào)上升時間控制可大大降低各種大容量負(fù)載電容的涌入電流，從而降低或消除電源電壓降。開關(guān)由接通和斷開輸入（EN）獨立控制，該輸入能夠直接與低壓控制信號接口。該裝置集成了一個15Ω的片上負(fù)載，用于在禁用開關(guān)時快速放電輸出。增強(qiáng)型快速輸出放電（QOD）在設(shè)備斷電后短時間內(nèi)保持激活狀態(tài)，以完成輸出放電。
圖 3 顯示了這種配置。
圖 3：無需 GPIO 信號的電源排序
負(fù)載開關(guān)對于關(guān)閉系統(tǒng)也很有效。負(fù)載開關(guān)的下降時間取決于輸出負(fù)載對其電容放電的速度。為了加快這種放電并保證 0V 狀態(tài)，一些負(fù)載開關(guān)具有快速輸出放電 (QOD) 功能，通過內(nèi)部電阻將輸出放電到地，如圖 4 所示。
圖 4：帶 QOD 的負(fù)載開關(guān)
無論系統(tǒng)是加電還是斷電，負(fù)載開關(guān)都可以像按一下按鈕一樣簡單地滿足時序和排序要求。TPS22953和TPS22954具有發(fā)送“電源正常”信號的功能，當(dāng)VOUT負(fù)載達(dá)到其終值的90%時即發(fā)出該信號。該信號流入下游模塊使能引腳，從而使這些模塊在電壓軌通電后開啟。“電源正常”信號的功能也可用于電源排序，開啟一個負(fù)載開關(guān)將會有多個電源軌以特定順序出現(xiàn)。
毫不夸張地說，燈泡的發(fā)明使人們在黑暗中視物變得容易，而集成負(fù)載開關(guān)完成緊湊與低功耗電路設(shè)計的挑戰(zhàn)正如燈泡的發(fā)明一樣意義非凡。那么，是時候吹滅蠟燭，并用集成負(fù)載開關(guān)點亮你功率切換設(shè)計這盞明燈了。
