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使用电源开关必须掌握的几个概念 作者：TI 战略营销经理 Philippe Pichot 电源开关的使用较为复杂，甚至 让大多数电子产品设计人员都感 到困惑，特别是对那些非电源管理专家而言。在各种各样的应用中，例如：便携式电子产品、 消费类电子产品、工业或电信系统等，广大设计人员正越来越多地使用电源开关。这些电源 开关的使用方式多种多样，包括控制、排序、电路保护、配电甚至是系统电源开启管理等。 当然，每一种用法都需要有不同特性的电源开关解决方案。 本文针对在不同应用中设计人员使用电源开关时需要考虑的重要规范和概念进行了总结，并 介绍了一些可能的解决方案，旨在帮助设计人员选择一种最佳方案。 很明显，在选择电源开关前我们应该问自己的第一个问题就是：我们想要用这个开关来做什 么？虽然这是一个简单的问题，但答案却能帮助我们定义完美的产品。使用电源开关的方式 有数种，最为常见的是： ·控制、配电和排序(即开启/关闭电源轨来启用某个子系统或者为多个负载配电) ·短路保护或者过电流/过电压保护(USB 电流限制、传感器保护、电源轨短路保护) ·管理接通浪涌电流(即电容充电时) ·选择电源(即多路复用或ORing)或者负载分配。 表1 概括了电源开关针对不同使用情况时需要考虑的重要特性。 导通电阻、最大电流和输入电压范围 导通电阻(rON)、最大持续电流和输入电压范围，始终都是需要考虑的关键特性，也是在考 查任何器件以前需要研究的基本特性。根据应用，设计人员可以轻松算出需要开关的电流， 以及工作电压的大小。根据这些信息，可以做出初步的选择。实际上，如果需要一个能够通 过1.2V 或36V 的开关，便可以确定两种完全不同的产品范围。 导通电阻会影响开关上的压降。设计人员必须仔细了解其特定应用设置(电压、电流)相关的 最大允许压降。利用公式1 可以很容易地计算得到： 其中，压降为VDROP ，直通FET 导通电阻为rON，而通过开关的电流为 I。 如果应用需要开关大量的电流，或者对低压轨(如1.0V)进行开关，则需要最小化压降。因此， 导通电阻需要尽可能地低，例如TPS2292x 系列特有3.6V 的14m Ohm rON。但是，如果 要开关的电流较少，则导通电阻便不是一个关键问题，可以选择一个约为1 Ohm 的高导通 电阻器件(如TPS2294x 系列产品)。导通电阻是电源开关器件裸片尺寸的一个重要因素，从 而也是器件成本的主要部分。需要对其进行仔细研究，以选择最低成本的解决方案。 除设计人员关注的开关最大持续电流以外，另一个重要特性是开关允许的最大脉冲电流。在 某些应用中，大多数时候要求的负载均包括中等的持续电流。但是，当某个子系统要求更多 功率时峰值便显而易见。GSM/GPRS 发射脉冲便是一个较好的例子，其在12.5% 占空比下 576μS 期间要求高达1.7A 的电流。必须确保所选用的器件可以支持此类脉冲电流。 功耗和保护特性 功耗也是需要考虑的一个重要特性。在作为直通开关的正常运行期间，根据开关的导通电阻 以及开关电流，可以计算得到功耗。利用公式 2，可以很容易地计算得到器件的最大功耗。 如果该器件的导通电阻足够低，则功耗较小，并且对器件工作温度产生的影响也极小。但是， 如果计划使用开关来保护电压轨免受过电流或短路损害(如同USB 端口或指纹传感器保护 电路一样)，则要小心。在这种情况下，必须选择一种像TPS22944 的电流限制开关。如果 不使用电流限制开关，则功耗会成为系统可靠性的主要问题。例如，3.3V 输入电压下，作 用于一个非电流限制负载开关的0.9路(如TPS22902 的导通电阻为100m，会转换成 如公式 3 所示的功耗。 一般来说，这种功耗对于市售的大多数封装而言都太高，其可导致故障和可靠性问题。 同样，使用电流限制开关的设计人员需要确定封装能够支持短路状态。如果器件达到电流限 制值，则输出为短路接地时出现最大功耗。对于如TPS22945 等具有自动重启时间 tRESTART 和过电流断路时间 tBLANK 的一些器件来说，最大平均功耗如公式 4 所示。 对于那些没有自动重启环路(如 TPS22944 等)的器件来说，输出短路会使器件工作在恒流 状态下，从而保证在热关断启用以前实现极端情况功耗。这样，只要导通引脚有效且出现短 路，它便在进出热关断之间不停地循环。 面对市场上的一些电流限制开关，需要考虑的两个主要特性是：电流限制最小值(固定电流 限制或利用外部电阻的可编程)，以及电流限制精度和响应