【導讀】電路設計人員在電子系統中打開(kāi)和關(guān)閉電源線(xiàn)路的選項，聽(tīng)起來(lái)是件小事，但要成功實(shí)施，卻需要考慮諸多方面。
在有些電子系統中，需要斷開(kāi)電源線(xiàn)路的連接。例如，可能是切斷電池電壓，以保持電池電量，或者是斷開(kāi)負載與帶電線(xiàn)路的連接。理想情況下，可以使用機械開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現這一目的。但是，如果需要通過(guò)電子信號進(jìn)行開(kāi)關(guān)，那么使用電子開(kāi)關(guān)通常更加合適。這類(lèi)電子開(kāi)關(guān)可能采用MOSFET作為開(kāi)關(guān)元件。除了采用MOSFET的純分立式解決方案外，還可以使用多種半導體IC來(lái)輕松實(shí)現電子開(kāi)關(guān)。
圖1.使用N溝道MOSFET和獨立驅動(dòng)器電路LTC7003來(lái)開(kāi)關(guān)電源線(xiàn)路
首先，必須決定開(kāi)關(guān)元件是N溝道還是P溝道MOSFET。這兩種可能都合適。但是，與P溝道MOSFET相比，N溝道MOSFET的電阻更低，所以在導通狀態(tài)下?lián)p耗也更低。其劣勢在于N溝道MOSFET的驅動(dòng)方面。其中，柵極所需的電壓高于可用的電源線(xiàn)路電壓。因此，驅動(dòng)IC中必須包含某種形式的電荷泵。P溝道MOSFET不需要這種類(lèi)型的增壓。但是，N溝通MOSFET的選擇范圍很廣。
接下來(lái)，需要選擇是將電源開(kāi)關(guān)和驅動(dòng)器集成在單個(gè)封裝中，還是使用雙芯片解決方案，即將驅動(dòng)器電路放在一個(gè)單獨的IC中，并將對應的MOSFET放在另一個(gè)封裝中。已經(jīng)針對驅動(dòng)器電路優(yōu)化的開(kāi)關(guān)選擇更加支持集成在同一個(gè)封裝中。在這種情況下，開(kāi)關(guān)一般都受到良好保護，在使用期間不會(huì )出現過(guò)載。這種全集成解決方案也存在劣勢，包括市面上的相關(guān)產(chǎn)品較少，且成本更高。
第三步，必須確定單個(gè)MOSFET是否足以構成機械開(kāi)關(guān)。MOSFET存在一個(gè)體二極管，因此，只能在一個(gè)方向上開(kāi)關(guān)電流。如果應用要求完全斷開(kāi)線(xiàn)路，確保電流不能向任一方向流動(dòng)，那么，需要一個(gè)兩個(gè)MOSFET彼此反向串聯(lián)的解決方案。圖2顯示了這種開(kāi)關(guān)級配置。
圖2.兩個(gè)N溝道MOSFET背對背連接來(lái)阻斷電路中兩個(gè)方向電流的電路
最后，必須選擇合適的集成電路，也就是用于MOSFET的驅動(dòng)器，或是包含MOSFET和驅動(dòng)器的封裝。這個(gè)步驟聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際上卻相當繁瑣。通常需要使用負載開(kāi)關(guān)。但是，可選的范圍并不大。在很多情況下，可以使用熱插拔控制器、電子保險絲、浪涌保護器、理想二極管和電源路徑控制器，具體取決于應用和所需的額外監控功能。這些器件多數都包含開(kāi)關(guān)引腳，可以在需要時(shí)切斷電流。借助ADI的LTspice?仿真工具，可以確認該解決方案的精密行為是否滿(mǎn)足規格要求。
圖3.使用LTC4414低損耗PowerPath?控制器作為負載開(kāi)關(guān)的LTspice仿真
根據具體的應用，斷開(kāi)電源電壓可能會(huì )非常復雜。但是，可以使用一款帶有開(kāi)關(guān)控制引腳的特殊MOS驅動(dòng)器IC來(lái)降低設計難度。
關(guān)于A(yíng)DI公司
Analog Devices, Inc.(NASDAQ: ADI)在現代數字經(jīng)濟的中心發(fā)揮重要作用，憑借其種類(lèi)豐富的模擬與混合信號、電源管理、RF、數字與傳感技術(shù)，將現實(shí)世界的現象轉化成有行動(dòng)意義的洞察。ADI服務(wù)于全球12.5萬(wàn)家客戶(hù)，在工業(yè)、通信、汽車(chē)與消費市場(chǎng)提供超過(guò)7.5萬(wàn)種產(chǎn)品。ADI公司總部位于馬薩諸塞州威明頓市。更多信息請訪(fǎng)問(wèn)：http://www.analog.com/cn。
關(guān)于作者
Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔任各種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑A(yíng)DI公司擔任電源管理現場(chǎng)應用工程師。
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