電源開關(guān)的使用較為復(fù)雜，甚至讓大多數(shù)電子產(chǎn)品設(shè)計人員都感到困惑，特別是對那些非電源管理的專家而言。在各種各樣的應(yīng)用中，例如：可攜式電子產(chǎn)品、消費類電子產(chǎn)品、工業(yè)或電信系統(tǒng)等，廣大的設(shè)計人員越來越常使用到電源開關(guān)。這些電源開關(guān)的使用方式非常多樣，包括控制、排序、電路保護、配電，甚至是系統(tǒng)電源開啟管理等。當然，每一種用法都需要有不同特性的電源開關(guān)解決方案。

　　本文針對在不同應(yīng)用中使用到電源開關(guān)時，設(shè)計人員需要考慮的一些重要規(guī)範和概念進行了總結(jié)說明，并介紹了一些可能的解決方案，旨在幫助設(shè)計人員選擇一種最佳的解決方案。

　　很明顯地，在選擇電源開關(guān)以前您應(yīng)該問您自己的第一個問題是：“我想要用這個開關(guān)來做什么？”這是一個簡單的問題，但其答案卻能幫助您定義完美的產(chǎn)品。使用電源開關(guān)的方式有數(shù)種，最為常見的是：

　　?控制、配電和排序（即開啟/關(guān)閉電源軌來啟用某個子系統(tǒng)或者為多個負載配電）；

　　?短路、過電流或過電壓保護（USB電流限制、感測器保護、電源軌短路保護）；

　　?管理接通突波電流（即電容充電時）；

　　?選擇電源（即多工或ORing）或者負載分配。

　　導(dǎo)通電阻、最大電流和輸入電壓範圍

　　導(dǎo)通電阻（rON）、最大持續(xù)電流和輸入電壓範圍始終都是需要考慮的關(guān)鍵特性。它們是您在考查任何元件以前需要研究的基本特性。根據(jù)應(yīng)用，設(shè)計人員可以輕鬆地知道需要開關(guān)的電流，以及工作電壓的大小。根據(jù)這類資訊，設(shè)計人員便可以做出初步的選擇。事實上，如果您需要一個能夠通過1.2V或36V的開關(guān)，便可以確定兩種完全不同的產(chǎn)品範圍。

　　導(dǎo)通電阻會影響您在開關(guān)上看到的壓降。設(shè)計人員必須仔細瞭解其特定應(yīng)用設(shè)置（電壓、電流）相關(guān)的最大允許壓降。利用公式1可以很容易地計算得到：

　　其中，壓降為VDROP，直通FET導(dǎo)通電阻為rON，而通過開關(guān)的電流為I。

　　如果應(yīng)用需要開關(guān)大量的電流，或者對低壓軌（如1.0-V）進行開關(guān)，則需要最小化壓降。因此，導(dǎo)通電阻需要盡可能地低，例如：TPS2292x系列特有3.6-V的14-m Ohm rON。但是，如果要開關(guān)的電流較少，則導(dǎo)通電阻便不是一個關(guān)鍵問題，您可以選擇一個約為1Ohm的高導(dǎo)通電阻元件。導(dǎo)通電阻是電源開關(guān)元件晶片尺寸和成本的一個重要塬因。您要對其仔細研究，以選擇最低成本的解決方案。

　　除設(shè)計人員關(guān)注的開關(guān)最大持續(xù)電流以外，另一個重要特性是開關(guān)允許的最大脈衝電流。在某些應(yīng)用中，大多數(shù)時候要求的負載均屬于中等強度的持續(xù)電流。但是，當某個子系統(tǒng)要求更多功率時，就很容易見到峰值出現(xiàn)。GSM/GPRS發(fā)射脈衝便是一個很好的例子，當它的工作週期為12.5%時，會在576uS的短暫期間要求高達1.7A的電流。請確定所選用的元件可以支援這種脈衝電流。

　　功耗和保護特性

　　功耗也是需要考慮的一個重要特性。在作為直通開關(guān)的正常運行期間，根據(jù)開關(guān)的導(dǎo)通電阻以及開關(guān)電流，可以計算得到功耗。利用公式2，您可以很容易地計算得到元件的最大功耗。

　　如果該元件的導(dǎo)通電阻夠低，則功耗較小，并且對元件工作溫度產(chǎn)生的影響也極小。但是，如果您計畫使用此開關(guān)來保護電源軌免受過電流或者使用USB埠時的短路損害，或是指紋感測器保護，則要小心。在這種情況下，您必須選擇一種電流限制開關(guān)。如果您不使用電流限制開關(guān)，則功耗會成為系統(tǒng)可靠性的主要問題。例如，3.3-V輸入電壓下，作用于一個非電流限制負載開關(guān)的0.9-？スu路，會轉(zhuǎn)換成如公式3所示的功耗。

　　一般來說，這種功耗對于市售的大多數(shù)封裝而言都太高，其可導(dǎo)致故障和可靠性問題。

　　同樣地，使用電流限制開關(guān)的設(shè)計人員需要確定封裝能夠支援的短路狀態(tài)。如果元件達到電流限制值，則當輸出為短路接地時會出現(xiàn)最大功耗。對于具有自動重啟時間tRESTART和過電流斷路時間tBLANK的一些元件來說，最大平均功耗如公式4所示。

　　對于那些沒有自動重啟環(huán)路（如TPS22944等）的元件來說，輸出短路會使元件工作在？甯y狀態(tài)下，在熱中斷啟動之前，它會一直極端的消耗電力。。這樣一來，只要導(dǎo)通引腳還有效且又出現(xiàn)短路狀況，這種熱中斷的循環(huán)就會持續(xù)發(fā)生。

　　市場上有一些電流限制開關(guān)，需要考慮的兩個主要特性是電流限制最小值（固定電流限制或利用外部電阻編程），以及電流限制精度和回應(yīng)時間。大多數(shù)應(yīng)用中，電流限制精度并不是一個關(guān)鍵問題，因為此元件的功用是作為一個斷路器（即出現(xiàn)短路時關(guān)閉開關(guān)）。但是，在一些如USB電流限制的應(yīng)用中，精度就顯得很重要，因為開關(guān)的功用是作為一個？甯y源。

　　對于要開關(guān)大電流或承受過電流的一些應(yīng)用來說，我們建議您選擇具有某種熱保護特性的元件。當發(fā)現(xiàn)元件溫度過高時，大多數(shù)元件都會啟用熱中斷，關(guān)閉FET來保護元件自身，以避免遭受任何潛在的熱損害。

　　對于短路保護來說，電流限制（或者過電流保護—OCP）是必要的，此外，還可以考慮如反向電流阻斷等其他一些保護特性。

　　當設(shè)計人員嘗試設(shè)計一種電源選擇器（ORing），或者實現(xiàn)某種負載分配時，反向電流阻斷（也稱作反向電壓保護）則為必需的。

　　圖1顯示了一個通過兩個潛在電源（即DC輸入和電池）為負載供電的電源開關(guān)配置實例：

　　圖1：雙源電源選擇器。

　　對于沒有反向電壓保護的元件來說，直通FET的輸入電壓保持在其輸出電壓以上很重要。否則，輸入將會通過FET主體二極體被鉗位控制，從而使大電流從輸出端流至輸入端。

　　在圖1實例中，如果電池為一顆4.2V（最大）的鋰離子（Li-Ion）電池，啟用DC輸入，并且電壓為5.0V，則潛在大電流將從負載流至電池——我們當然不希望看到這種結(jié)果！

　　一種有效的解決方案是使用一款具有反向電壓保護特性的元件。反向電流保護一般可以通過使用背靠背FET，或者在偵測到反向電壓狀態(tài)時切換PMOS FET的背柵來實現(xiàn)。您將會研究反向電壓比較器跳變點（VOUT–VIN值，即啟用反向電流特性的閾值），以及從反向電壓狀態(tài)到MOSFET關(guān)閉的時間。

　　可有效用于某些應(yīng)用的另外一種保護是過電壓保護（OVP）。該特性在開關(guān)出現(xiàn)過電壓時，保護開關(guān)和系統(tǒng)。例如，它可以有效地用于一些USB應(yīng)用或者電池應(yīng)用中。

　　突波電流管理

　　電源開關(guān)的另一種常見用途是對系統(tǒng)啟動時的突波電流進行管理。如果開關(guān)在不受控的情況下開啟，則會形成巨大的突波電流，會在此開關(guān)的輸入端造成電源軌壓降，最終可能會影響系統(tǒng)的整體功能。

　　對大容量輸出電容充電時，突波電流會很大，需要對其進行控制和/或限制。這種突波電流可由公式5計算得到：

　　例如，和1uS升壓時間的情況下，突波電流可以高達3A。

　　避免出現(xiàn)這種突波電流的一種簡單方法是拉長開關(guān)的升壓時間。這樣便可緩慢地對輸出電容充電，并降低電流峰值。在公式5的實例中，200uS的升壓時間會導(dǎo)致15mA的突波電流，這是可以接受的。

　　一些情況下，您可能想對一些超大容量電容（數(shù)百uF）充電。通常建議選擇非常長的升壓時間，但是您也可以選擇一種具有高電流限制的開關(guān)。此類元件將會在電源啟動時進行電流限制，同時電容將在電流限制值下獲得充電，其為電源開關(guān)的最大功耗能力。

　　系統(tǒng)互操作性

　　任何情況下，在選擇電源開關(guān)時，都需要認真地考慮系統(tǒng)互操作性問題。例如，可攜式應(yīng)用中使用電源開關(guān)啟用和關(guān)閉負載來優(yōu)化功耗時，開關(guān)的控制輸入必須與通用、低電壓（1.8-V）的GPIO相容，這非常重要。另外，當關(guān)閉開關(guān)時，請確保開關(guān)的浮動輸出不影響系統(tǒng)性能。因此，一些用戶可能會在關(guān)閉時利用一個額外電晶體將電源開關(guān)輸出緊密接地，或者使用一個整合了這種下拉接地特性（如TPS22902）的整合型元件。

　　另一個重要的檢查點是設(shè)計穩(wěn)定系統(tǒng)所使用的輸入和輸出電容。儘管通常不要求一個輸入電容來穩(wěn)定一些市售的電源開關(guān)，但在輸入電源處連接一個0.1uF到1uF的低等效串聯(lián)電阻（ESR）電容，卻被認為是一種較好的類比設(shè)計方法。該電容可應(yīng)對電抗性輸入源，并改善瞬態(tài)回應(yīng)、雜訊及紋波抑制性能。根據(jù)開關(guān)的負載，您可能會考慮在開關(guān)的輸出端添加一些額外的儲能電容。如果開關(guān)沒有反向電流阻斷，則強烈建議使用大于輸出電容的輸入電容，否則輸入將會通過FET主體二極體被鉗位控制，從而使強大的電流從輸出端流到輸入端。

　　表1概括了電源開關(guān)在各種用途中需要考慮的重要特性。