負載管理與負載開關的設計與實現

　　新型負載開關的特點

　　近年來，隨著便攜式電子產品的發展，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代超小型便攜式電子產品，如PDA、手機、GPS、MP3播放器、數碼相機等。

　　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
　　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、數碼相機這類便攜式電子產品外，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小（2mm×2mm）、功能齊全，是一種較好的負載管理系統用的器件