最新的負載切換器讓您幾乎無理由自行設計

作者：初級應用工程師 Muhammad Zafar Kausar

為何使用負載切換器？

負載切換器通常用於開關系統電源軌，以將能源效率最大化並確保安全操作。從簡單可攜式裝置 (如筆記型電腦和平板電腦)，到更複雜設備 (如機上盒、伺服器、閘道器、工業控制器和網路交換機) 的系統，可能有多個電域，使用負載切換器來單獨控制和排序這些電域，以確保啟動某些部分並可在啟動其他部分之前維持穩定。負載切換器控制邏輯可提供電源輸出穩定指示器，可以按設計保證電源排序。電源輸出穩定指示器也能監測一般狀態，還能用於控制系統的其他部分。

使用負載切換器來關閉閒置電路，能夠大幅降低整體耗電量。在電池供電的產品應用中，設計人員可以使用這種方式來減少對電池的需求，以延長運作時間，或是設計出更為輕巧的裝置。關閉未使用的電路還能降低系統的峰值功率，這樣就能使用較低額定功率電路，以節省重量和物料成本。

負載切換器也是控制熱插拔的重要元素。這樣就能在其他部分繼續正常運作的情況下更換系統的個別部分，例如電信切換器中的線路卡，以便更快進行維修，又將影響服務的程度降至最低。

不單只是切換器

從表面上看，負載切換器的功能很簡單；基本上，在電源軌和要控制的電路分段之間串聯插入 MOSFET，並將合適的訊號用在閘極上，提供所需的控制。

只要幾個獨立元件，應該就能輕鬆製作出一個基本的負載切換器。不過更深入來看，它不單只是一個簡單的切換器。還要加上一些對確保系統安全和可靠性來說十分重要的額外功能。使用獨立元件來一一實現這些要求得花上不少時間，又增加複雜性、成本和 PCB 面積。

相比之下，負載切換器 IC 內建這些功能，提供一個可立即使用、更緊湊且更具成本效益的解決方案。負載切換器還內建額外保護和快速放電電路，如 Diodes 最新推出的 DML3006LFDS 和 DML3009LDC。

如果使用 pMOS 電晶體來製作簡單的負載切換器，又不加上其他預防措施，那麼在開啟該裝置時，會出現龐大的湧浪電流，特別是負載為高容性的情況下。過大的湧浪電流可能會損壞系統元件，並且可能造成主電源電壓的波動，這樣又可能會破壞系統的其他部分。需要使用額外元件來限制湧浪電流。

DML3006LFDS (適用於高達 10.5A 的負載電流) 和適用於 20A 負載電流的 DML3009LDC，內有一個軟啟動控制器和電荷泵，確保恆定的迴轉率，這樣便能有效控制湧浪電流。DML3009LDC 有一個 SR 接腳，可以連接一個外部電容器來調整迴轉率 (圖 1)。

圖 1：Diodes DML3009LDC 的內部功能及 SR 接腳

增值功能

如圖 1 所示，這些負載切換器還有其他一些提高安全和可靠性的功能。其中包括在關閉 MOSFET 後將負載放電到地面的內部洩流電路，還有在接面溫度過高時關閉 MOSFET，以停止電流流動的熱關斷保護。獨立 MOSFET 通常沒有這種保護，可能會發生故障，而造成系統故障或損壞其他元件。另有監測 MOSFET 電壓的短路保護措施，以保護裝置和系統不會受到輸出端對地短路等大電流的影響；以及欠壓鎖定保護，要是輸入電壓過低，它將關閉 MOSFET 並啟動負載洩流。

使用獨立元件來實現這些功能將導致電路設計變得複雜，且在 PCB 上佔用較大的面積。與單只提供基本切換和湧浪電流控制的基本獨立解決方案相比，DML3006LFDS 和 DML3009LDC 只要使用最少的外部元件，並在 PCB 上使用較小的面積。這些切換器還使用超低導通電阻 (通常從 10.8mΩ 到小於 5mΩ，視型號而定)、輸入電壓和電源電壓的 MOSFET。關閉 MOSFET 時，待機電流極低 (通常為 0.1µA)。

結論

總而言之，與使用獨立元件的電路相比，整合式負載切換器可以讓您更快更輕鬆拿出更節省空間的設計。以線性方式控制湧浪電流、內建額外的安全和保護措施，還有將功耗降至最低的功能，這些裝置讓您幾乎沒有理由自行設計負載切換器。