比把大象放冰箱復(fù)雜 電子系統(tǒng)中開關(guān)電源要分幾步?
電路設(shè)計(jì)人員在電子系統(tǒng)中打開和關(guān)閉電源線路的選項(xiàng),聽起來是件小事,但要成功實(shí)施,卻需要考慮諸多方面。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202211/441022.htm
在有些電子系統(tǒng)中,需要斷開電源線路的連接。例如,可能是切斷電池電壓,以保持電池電量,或者是斷開負(fù)載與帶電線路的連接。理想情況下,可以使用機(jī)械開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這一目的。但是,如果需要通過電子信號進(jìn)行開關(guān),那么使用電子開關(guān)通常更加合適。這類電子開關(guān)可能采用MOSFET作為開關(guān)元件。除了采用MOSFET的純分立式解決方案外,還可以使用多種半導(dǎo)體IC來輕松實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)。
圖1.使用N溝道MOSFET和獨(dú)立驅(qū)動器電路LTC7003來開關(guān)電源線路
首先,必須決定開關(guān)元件是N溝道還是P溝道MOSFET。這兩種可能都合適。但是,與P溝道MOSFET相比,N溝道MOSFET的電阻更低,所以在導(dǎo)通狀態(tài)下?lián)p耗也更低。其劣勢在于N溝道MOSFET的驅(qū)動方面。其中,柵極所需的電壓高于可用的電源線路電壓。因此,驅(qū)動IC中必須包含某種形式的電荷泵。P溝道MOSFET不需要這種類型的增壓。但是,N溝通MOSFET的選擇范圍很廣。
接下來,需要選擇是將電源開關(guān)和驅(qū)動器集成在單個(gè)封裝中,還是使用雙芯片解決方案,即將驅(qū)動器電路放在一個(gè)單獨(dú)的IC中,并將對應(yīng)的MOSFET放在另一個(gè)封裝中。已經(jīng)針對驅(qū)動器電路優(yōu)化的開關(guān)選擇更加支持集成在同一個(gè)封裝中。在這種情況下,開關(guān)一般都受到良好保護(hù),在使用期間不會出現(xiàn)過載。這種全集成解決方案也存在劣勢,包括市面上的相關(guān)產(chǎn)品較少,且成本更高。
第三步,必須確定單個(gè)MOSFET是否足以構(gòu)成機(jī)械開關(guān)。MOSFET存在一個(gè)體二極管,因此,只能在一個(gè)方向上開關(guān)電流。如果應(yīng)用要求完全斷開線路,確保電流不能向任一方向流動,那么,需要一個(gè)兩個(gè)MOSFET彼此反向串聯(lián)的解決方案。圖2顯示了這種開關(guān)級配置。
圖2.兩個(gè)N溝道MOSFET背對背連接來阻斷電路中兩個(gè)方向電流的電路
最后,必須選擇合適的集成電路,也就是用于MOSFET的驅(qū)動器,或是包含MOSFET和驅(qū)動器的封裝。這個(gè)步驟聽起來簡單,實(shí)際上卻相當(dāng)繁瑣。通常需要使用負(fù)載開關(guān)。但是,可選的范圍并不大。在很多情況下,可以使用熱插拔控制器、電子保險(xiǎn)絲、浪涌保護(hù)器、理想二極管和電源路徑控制器,具體取決于應(yīng)用和所需的額外監(jiān)控功能。這些器件多數(shù)都包含開關(guān)引腳,可以在需要時(shí)切斷電流。借助ADI的LTspice?仿真工具,可以確認(rèn)該解決方案的精密行為是否滿足規(guī)格要求。
圖3.使用LTC4414低損耗PowerPath?控制器作為負(fù)載開關(guān)的LTspice仿真
根據(jù)具體的應(yīng)用,斷開電源電壓可能會非常復(fù)雜。但是,可以使用一款帶有開關(guān)控制引腳的特殊MOS驅(qū)動器IC來降低設(shè)計(jì)難度。
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關(guān)于ADI公司
Analog Devices, Inc.(NASDAQ: ADI)在現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)的中心發(fā)揮重要作用,憑借其種類豐富的模擬與混合信號、電源管理、RF、數(shù)字與傳感技術(shù),將現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成有行動意義的洞察。ADI服務(wù)于全球12.5萬家客戶,在工業(yè)、通信、汽車與消費(fèi)市場提供超過7.5萬種產(chǎn)品。ADI公司總部位于馬薩諸塞州威明頓市。
關(guān)于作者
Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作,涉足電源管理業(yè)務(wù),曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位,并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年,負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司,并在慕尼黑ADI公司擔(dān)任電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師。
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