最新的负载切换器让您几乎无理由自行设计

作者：初级应用工程师 Muhammad Zafar Kausar

为何使用负载切换器？

负载切换器通常用于开关系统电源轨，以将能源效率最大化并确保安全操作。从简单便携设备 (如笔记本电脑和平板电脑)，到更复杂设备 (如机顶盒、服务器、网关、工业控制器和网络交换机) 的系统，可能有多个电域，使用负载切换器来单独控制和排序这些电域，以确保启动某些部分并可在启动其他部分之前维持稳定。负载切换器控制逻辑可提供电源输出稳定指示器，可以按设计保证电源排序。电源输出稳定指示器也能监测一般状态，还能用于控制系统的其他部分。

使用负载切换器来关闭闲置电路，能够大幅降低整体耗电量。在电池供电的产品应用中，设计人员可以使用这种方式来减少对电池的需求，以延长运作时间，或是设计出更为轻巧的装置。关闭未使用的电路还能降低系统的峰值功率，这样就能使用较低额定功率电路，以节省重量和物料成本。

负载切换器也是控制热插入的重要元素。这样就能在其他部分继续正常运作的情况下更换系统的个别部分，例如电信切换器中的线路卡，以便更快进行维修，又将影响服务的程度降至最低。

不单只是切换器

从表面上看，负载切换器的功能很简单；基本上，在电源轨和要控制的电路分段之间串联插入 MOSFET，并将合适的讯号用在闸极上，提供所需的控制。

只要几个独立组件，应该就能轻松制作出一个基本的负载切换器。不过更深入来看，它不单只是一个简单的切换器。还要加上一些对确保系统安全和可靠性来说十分重要的额外功能。使用独立组件来一一实现这些要求得花上不少时间，又增加复杂性、成本和 PCB 面积。

相比之下，负载切换器 IC 内建这些功能，提供一个可立即使用、更紧凑且更具成本效益的解决方案。负载切换器还内建额外保护和快速放电电路，如 Diodes 最新推出的 DML3006LFDS 和 DML3009LDC。

如果使用 pMOS 晶体管来制作简单的负载切换器，又不加上其他预防措施，那么在开启该装置时，会出现庞大的涌浪电流，特别是负载为高容性的情况下。过大的涌浪电流可能会损坏系统组件，并且可能造成主电源电压的波动，这样又可能会破坏系统的其他部分。需要使用额外组件来限制涌浪电流。

DML3006LFDS (适用于高达 10.5A 的负载电流) 和适用于 20A 负载电流的 DML3009LDC，内有一个软启动控制器和电荷泵，确保恒定的回转率，这样便能有效控制涌浪电流。DML3009LDC 有一个 SR 接脚，可以连接一个外部电容器来调整回转率 (图 1)。

图 1：Diodes DML3009LDC 的内部功能及 SR 接脚

增值功能

如图 1 所示，这些负载切换器还有其他一些提高安全和可靠性的功能。其中包括在关闭 MOSFET 后将负载放电到地面的内部泄流电路，还有在接面温度过高时关闭 MOSFET，以停止电流流动的热关断保护。独立 MOSFET 通常没有这种保护，可能会发生故障，而造成系统故障或损坏其他组件。另有监测 MOSFET 电压的短路保护措施，以保护装置和系统不会受到输出端对地短路等大电流的影响；以及欠压锁定保护，要是输入电压过低，它将关闭 MOSFET 并启动负载泄流。

使用独立组件来实现这些功能将导致电路设计变得复杂，且在 PCB 上占用较大的面积。与单只提供基本切换和涌浪电流控制的基本独立解决方案相比，DML3006LFDS 和 DML3009LDC 只要使用最少的外部组件，并在 PCB 上使用较小的面积。这些切换器还使用超低导通电阻 (通常从 10.8mΩ 到小于 5mΩ，视型号而定)、输入电压和电源电压的 MOSFET。关闭 MOSFET 时，待机电流极低 (通常为 0.1µA)。

结论

总而言之，与使用独立组件的电路相比，整合式负载切换器可以让您更快更轻松拿出更节省空间的设计。以线性方式控制涌浪电流、内建额外的安全和保护措施，还有将功耗降至最低的功能，这些装置让您几乎没有理由自行设计负载切换器。