电源开关设计基础

2012-07-04 17:17:28来源: 互联网

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的专家而言。在各种各样的应用中,例如:可携式电子产品、消费类电子产品、工业或电信系统等,广大的设计人员越来越常使用到电源开关。这些电源开关的使用方式非常多样,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使用到电源开关时,设计人员需要考虑的一些重要规範和概念进行了总结说明,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的解决方案。

  很明显地,在选择电源开关以前您应该问您自己的第一个问题是:“我想要用这个开关来做什么?”这是一个简单的问题,但其答案却能帮助您定义完美的产品。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、过电流或过电压保护(USB电流限制、感测器保护、电源轨短路保护);

  ?管理接通突波电流(即电容充电时);

  ?选择电源(即多工或ORing)或者负载分配。

  导通电阻、最大电流和输入电压範围

  导通电阻(rON)、最大持续电流和输入电压範围始终都是需要考虑的关键特性。它们是您在考查任何元件以前需要研究的基本特性。根据应用,设计人员可以轻鬆地知道需要开关的电流,以及工作电压的大小。根据这类资讯,设计人员便可以做出初步的选择。事实上,如果您需要一个能够通过1.2V或36V的开关,便可以确定两种完全不同的产品範围。

  导通电阻会影响您在开关上看到的压降。设计人员必须仔细瞭解其特定应用设置(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1.0-V)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3.6-V的14-m 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,您可以选择一个约为1Ohm的高导通电阻元件。导通电阻是电源开关元件晶片尺寸和成本的一个重要塬因。您要对其仔细研究,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衝电流。在某些应用中,大多数时候要求的负载均属于中等强度的持续电流。但是,当某个子系统要求更多功率时,就很容易见到峰值出现。GSM/GPRS发射脉衝便是一个很好的例子,当它的工作週期为12.5%时,会在576uS的短暂期间要求高达1.7A的电流。请确定所选用的元件可以支援这种脉衝电流。

  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,您可以很容易地计算得到元件的最大功耗。

  

  如果该元件的导通电阻够低,则功耗较小,并且对元件工作温度产生的影响也极小。但是,如果您计画使用此开关来保护电源轨免受过电流或者使用USB埠时的短路损害,或是指纹感测器保护,则要小心。在这种情况下,您必须选择一种电流限制开关。如果您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,3.3-V输入电压下,作用于一个非电流限制负载开关的0.9-?スu路,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。

  同样地,使用电流限制开关的设计人员需要确定封装能够支援的短路状态。如果元件达到电流限制值,则当输出为短路接地时会出现最大功耗。对于具有自动重启时间tRESTART和过电流断路时间tBLANK的一些元件来说,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)的元件来说,输出短路会使元件工作在?甯y状态下,在热中断启动之前,它会一直极端的消耗电力。。这样一来,只要导通引脚还有效且又出现短路状况,这种热中断的循环就会持续发生。

  市场上有一些电流限制开关,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编程),以及电流限制精度和回应时间。大多数应用中,电流限制精度并不是一个关键问题,因为此元件的功用是作为一个断路器(即出现短路时关闭开关)。但是,在一些如USB电流限制的应用中,精度就显得很重要,因为开关的功用是作为一个?甯y源。

  对于要开关大电流或承受过电流的一些应用来说,我们建议您选择具有某种热保护特性的元件。当发现元件温度过高时,大多数元件都会启用热中断,关闭FET来保护元件自身,以避免遭受任何潜在的热损害。

  对于短路保护来说,电流限制(或者过电流保护—OCP)是必要的,此外,还可以考虑如反向电流阻断等其他一些保护特性。

  当设计人员尝试设计一种电源选择器(ORing),或者实现某种负载分配时,反向电流阻断(也称作反向电压保护)则为必需的。

关键字:电源  开关

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0704/article_16392.html
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