負(fù)載開關(guān)：在我們需要的地方提供高效電源第2部分

On Semiconductor 提供的 P 溝道 MOSFET 在電氣上類似于 International Rectifier 和 Fairchild Semiconductor 的部件，但安裝在公司的無引線 ChipFET 封裝中。這些部件的面積為 122×80 mil，與 1206 無源器件或 TSSOP-6 IC 的面積大致相同。例如，25 美分 (10,000) NTHS5441 是一款 20V、3.9A 器件，具有相當(dāng)?shù)耐ǖ离娮瑁涸?–4.5VV GS時(shí)最大為 55mΩ –2.5V 時(shí)為 83 mΩ。由于器件制造商不使用通用的測(cè)試板尺寸，因此無法直接在數(shù)據(jù)表中對(duì)已安裝的熱阻與 CSP 進(jìn)行比較。但是，使用 FDZ204P 的結(jié)到球熱阻和 5441 的結(jié)到漏極焊盤電阻，我們可以預(yù)期在類似的印刷電路板設(shè)計(jì)和工作條件下，ChipFET 的溫升會(huì)再增加一半。

負(fù)載開關(guān)，例如 Siliconix 的 Si1037X 和 Si7407DN，也采用小型、熟悉的塑料 SMT 封裝。20V 1037 可以通過 4.5VV GS的 770mA 穩(wěn)態(tài)。SC-89-6 封裝的 PMOS 器件還具有指定的最大通道電阻 — 350 mΩ — 柵極驅(qū)動(dòng)低至 –1.8V。在完全 –4.5V 柵極驅(qū)動(dòng)下，導(dǎo)通電阻降至 195 mΩ。1037 的 1.6-mm-sq 封裝保持 0.6-mm 的外形，適用于低空氣權(quán)的設(shè)計(jì)。

它的老大哥，3.3-mm-sq、12V、9.9A Si7407 PMOS 開關(guān)在 –4.5V 下開發(fā)了一個(gè) 12-mΩ 通道。當(dāng)我們將柵極驅(qū)動(dòng)降低至 –1.8V 時(shí)，其導(dǎo)通電阻翻倍。較大的器件在使用更大數(shù)量級(jí)的柵極電荷進(jìn)行切換時(shí)自然需要更強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)：59 nC 與 1037 的 5.5 nC 相比。Si1037X 和 Si7407 的價(jià)格分別為 22 美分和 41 美分(100,000)。

除了開關(guān)事件很少發(fā)生的應(yīng)用(例如用于保護(hù)鋰離子電池組的開關(guān))之外，許多設(shè)計(jì)人員在溝道電阻和柵極電荷的乘積中發(fā)現(xiàn)了有用的品質(zhì)因數(shù)。我們?cè)谶@樣的數(shù)字中添加了多少權(quán)重是我們?cè)O(shè)計(jì)的預(yù)期開關(guān)率和占空比的函數(shù)，但在設(shè)計(jì)的早期階段，基本概念值得牢記。打開或關(guān)閉負(fù)載開關(guān)需要一定的能量，并且我們?cè)谕ǖ离娮柚邢牧艘欢ǖ哪芰俊?

單 FET 主題的簡(jiǎn)單變體包括 Micrel 的 MIC94053，它結(jié)合了一個(gè)上拉柵極電阻器和一個(gè) 6V、2A PMOS FET。這款 38 美分 (1000) 開關(guān)采用 SC-70-6 封裝，在 –4.5V 和 –100 mA 時(shí)提供 84mΩ 通道。250-kΩ 最小上拉電阻確保器件在上電期間處于關(guān)閉狀態(tài)，除非我們的驅(qū)動(dòng)器在該時(shí)間間隔內(nèi)主動(dòng)打開器件。上拉還允許我們使用集電極開路邏輯控制開關(guān)，從而在某些應(yīng)用中無需電平轉(zhuǎn)換器。

On Semi 的 NTHC5513 將 NMOS 和 PMOS 器件結(jié)合在同一個(gè) 8 引腳 ChipFET 封裝中。我們可以將 NMOS 器件用作反相器或反相電平轉(zhuǎn)換器，但我們不限于這種安排。兩種 FET 都提供分?jǐn)?shù)歐姆導(dǎo)通電阻和 6-nC 柵極電荷。盡管大多數(shù)功率半導(dǎo)體已將其 PMOS 溝道電阻驅(qū)動(dòng)到遠(yuǎn)低于 1Ω，但在 29 美分 (10,000) 5513 中，NMOS 仍然領(lǐng)先 — 75 對(duì) 155 mΩ。

得到驅(qū)動(dòng)

從通道電阻的角度來看，我們可能更喜歡 N 通道器件，但在高側(cè)開關(guān)應(yīng)用中，除非我們的柵極驅(qū)動(dòng)電位比高側(cè)的有用 V GS 高，否則我們無法享受這些低導(dǎo)通電阻。邊。

凌力爾特公司的 LTC1981 和 1982 單柵極和雙柵極驅(qū)動(dòng)器在 1.8 至 5.5V 電源上運(yùn)行，并且無需外部部件即可產(chǎn)生電荷泵柵極驅(qū)動(dòng)器。1981 年的泵輸出是其電源電壓的函數(shù)，上升速度略快于奇偶校驗(yàn)，可能是由于小的、固定的內(nèi)部開銷的影響。這種趨勢(shì)一直持續(xù)到電源達(dá)到約 2.7V，此時(shí)器件將其輸出限制在 6.9 至 7.5V。這種行為非常適合多家供應(yīng)商提供的低閾值 N 溝道 MOSFET。

1.20 美元 (1000) 美元的 LTC1981 適合 SOT-23-5，包括一個(gè)低電平有效停機(jī)引腳和一個(gè)集電極開路柵極驅(qū)動(dòng)就緒狀態(tài)引腳，該引腳指示柵極驅(qū)動(dòng)何時(shí)大于全值的 90%。LTC1982 采用 SOT-23-6 封裝。1.50 美元(1000 美元)的雙驅(qū)動(dòng)器引腳提供獨(dú)立的低電平有效關(guān)斷引腳來代替狀態(tài)線。

Fairchild 的 FDG901D 是一款 PMOS 驅(qū)動(dòng)器，它提供了一個(gè)引腳可編程的恒流驅(qū)動(dòng)，用于在開啟間隔期間控制轉(zhuǎn)換速率。901 設(shè)置其柵極電流取決于我們是接地轉(zhuǎn)換引腳、將其連接到 V DD還是使其懸空，這分別導(dǎo)致最大柵極電流為 10、50 和 120 μA。29 美分 (5000) 的驅(qū)動(dòng)程序采用 SC-70-5 封裝。

負(fù)載開關(guān)驅(qū)動(dòng)器還簡(jiǎn)化了我們需要適應(yīng)可用邏輯系列范圍之外的電源電壓的設(shè)計(jì)。電機(jī)控制、汽車和航空電子系統(tǒng)、工業(yè)控制和電信設(shè)備中的許多常見應(yīng)用在其電源軌上承受幾十伏的電壓，但大多數(shù)都依賴于在 5V 或更低電壓下運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)邏輯。

凌力爾特的 LT1910 是一款用于 NMOS 高側(cè)開關(guān)的電荷泵驅(qū)動(dòng)器，用于控制在 8 至 48V 電源上運(yùn)行的負(fù)載。當(dāng)監(jiān)控開關(guān)漏極電流的外部檢測(cè)電阻上的壓降超過 50 至 80 mV 時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)關(guān)閉柵極驅(qū)動(dòng)。我們?yōu)闄z測(cè)電阻選擇的值以及與此 SO-8 封裝柵極驅(qū)動(dòng)器配合使用的 MOSFET 的能力決定了我們?cè)O(shè)計(jì)的最大漏極電流。

過流閾值還會(huì)觸發(fā)集電極開路低電平有效故障輸出，使我們的控制邏輯能夠監(jiān)控開關(guān)的狀態(tài)。如果驅(qū)動(dòng)器的輸入在故障期間保持高電平并且應(yīng)用電路允許自動(dòng)重啟，則定時(shí)電容器會(huì)設(shè)置重啟嘗試之間的間隔。1.95 美元 (1000) 美元的多功能驅(qū)動(dòng)器可以承受 –15V 至 +60V 的電源瞬變，也適合需要低側(cè)開關(guān)控制的應(yīng)用。