負載管理與負載開關的設計與實現(xiàn)

　　新型負載開關的特點

　　近年來，隨著便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展，各種先進的、多功能的（有的公司稱它為"全能的"或"智能的"）負載開關出現(xiàn)了。歸納起來，這些用于負載管理的負載開關具有下述特點：

　　增加保護功能
　　負載開關是功率器件，大多數(shù)器件有過熱關閉保護，有的負載開關內部設有輸出電流限制電路（限制電流是固定的）或限制電流可設定的品種，可保證負載不過載受損，保證系統(tǒng)安全工作。另外，一般負載開關都設有輸入電壓過低時，輸出鎖存（UVLO）；有故障時給微處理器輸出故障信號。

　　提高性能
　　提高性能包括：減小導通電阻RDS（on），以減少損耗，目前可做到RDS（on）=30MΩ左右；降低靜態(tài)電流IQ，IQ最小的僅25nA；為防止開關導通瞬間有較大的沖擊電流，設有軟啟動（有的負載開關有多種啟動時間供用戶選擇或由用戶根據(jù)負載情況自行設定）；負載開關關斷時增加了放電電路，加速關斷時間；有負載開關關斷時防止產(chǎn)生反向電流（由OUT端流向IN端，可將開關管中的二極管去掉）；降低工作電壓以滿足供CPU核的需要，最低工作電壓為0.8V，工作電范圍寬，有的為1.2~5.5V，也有的為3~13.5V，以滿足不同工作電壓的需要；電流范圍為1~6A，可滿足各種便攜式的需要。

　　封裝尺寸小
　　為滿足便攜式體積小的要求，負載開關一般采用SOT-23封裝、2mm×2mm MLP或MLF封裝、SC-70封裝，最小的采用6焊球BGA封裝，其尺寸為1.5mm×1.0mm。

　　這里簡單地介紹幾種較典型的負載開關。
　　典型便攜式負載開關
　　封裝最小的負載開關FPF1003/4

　　FPF1003/4是飛兆公司于2007年4月推出的負載管理器件。其主要特點為：輸入電壓范圍1.2～5.5V；導通電阻RDS（on），在VIN=5.5V時為30MΩ，靜態(tài)電流IQ≤1μA；FPF1004內部關斷時有放電電路，關斷時間為10μs；最大連續(xù)開關電流為2A；工作溫度范圍為-40℃~+85℃，小尺寸6焊球BGA封裝（1.5×1.0mm2）；開關導通時，有電壓上升率控制。

　　該負載開關適用于現(xiàn)代超小型便攜式電子產(chǎn)品，如PDA、手機、GPS、MP3播放器、數(shù)碼相機等。

　　該器件典型應用電路如圖7所示，輸入電容一般為1μF，輸出電容為0.1μF（都采用多層陶瓷電容器）。如在ON端加邏輯高電平時，開關導通（VIN=1.2V時，VIH≥0.8V；VIN=2.7~5.5V時，VIH≥2V）；ON端加邏輯低電平時，開關關斷（VIN=1.2V時，VIL≤0.35V；VIN=2.7V~5.5V時，VIL≤0.8V）。RDS（on）與VIN有關：VIN=5.5V時，RDS（on）≤30MΩ；VIN=1.2V時，RDS（on）≤150MΩ。

　　該器件最大的亮點是在這樣小的封裝時可連續(xù)供電2A，并且可工作于1.2V低壓，其不足之處是尺寸太小，無法再集成過熱關閉等保護電路。

　　負載開關FPF2163/4/5系統(tǒng)
　　FPF2163/4/5系列是飛兆公司于2007年7月推出的輸出電流可設定的多功能負載開關。該系列主要特點：輸入電壓范圍為1.8~5.5V；可設定限制電流的范圍為0.15~1.5A；輸入電壓低于閾值電壓時，輸出鎖存（UVLO）；有過熱關閉保護；開關關斷時耗電小于2μA；靜態(tài)電流小于7.7μA；過流后輸出限制電流（恒流）的響應快：中等的過流時響時間為5μS；短路時為30nS；發(fā)生欠壓鎖存、過熱及過流故障時，輸出閉鎖，并有故障信號輸出；開關關斷時無反向電流，2×2mm2微FET-6封裝。

　　該系列FPF2163、FPF2164、FPF2165在功能上有一些差別，如表1所示。

　　該系列負載開關除了用于PDA、手機、GPS、MP3播放機、數(shù)碼相機這類便攜式電子產(chǎn)品外，由于有限流設定的功能（具有功率分配功能），也可用于外設端口及熱插拔電源中。FPF2164還可以用作"電子保險絲"。

　　FPF2163/4/5的引腳排列如圖8所示。

　　限制電流ILIM的設定與RSET有關，其關系式為：RSET=275.6/ILIM。式中RSET的單位為歐姆，ILIM的單位為安培。設定的限制電流有一定的允差，如表2所示。

 　　FPF2163/4/5系列負載開關的封裝尺寸?。?mm×2mm）、功能齊全，是一種較好的負載管理系統(tǒng)用的器件