负载开关IC

1 负载开关IC介绍

1.1 什么是负载开关IC？

负载开关IC是以串联方式插入电源与负载电路或IC之间的一个半导体开关。负载开关IC的使用简化了以下工作：1）为每个系统模块供电；2）IC的供电时序；3）可防止系统故障的电路保护。

以锂离子或其它类型电池供电的移动设备和节能设备为例。这类电子系统仅通过启用基本电路块，并关闭所有其它电路块来节能。

负载开关IC是具有内部开关的电源管理 IC。由于导通电阻和静态电流都很低，因此负载开关IC表现出最小的压降和功耗。负载开关IC集成了各种保护功能，与由分立器件组成的负载开关电路相比，负载开关IC所需的元器件更少。因此，负载开关IC有助于提高电子系统的稳定性并缩小其尺寸。

1.2 使用负载开关IC的优点

负载开关IC集各种功能于一体，包括浪涌电流限流、自动放电、过流保护、热关断、欠压锁定和反向电流阻流，这是负载开关IC的主要优点之一。因此，负载开关IC有助于减少电路板面积并提高系统稳定性。

图1显示了一个由分立器件构成的简易负载开关示例。该电路由一个MOS传输晶体管、一个MOSFET栅极驱动IC、电阻器、电容器以及输入和输出滤波电容器组成。图2显示了负载开关IC的应用电路。与由分立器件构成的负载开关电路相比，该应用电路仅由三个元器件组成：负载开关IC以及输入和输出滤波电容器。

图1：由分立元器件构成的负载开关示例

图2：负载开关IC应用示例

2 负载开关IC的便捷功能

2.1 负载开关IC提供的是实用功能

载开关IC集各种功能于一体，这些功能都有助于确保系统的稳定运行。

各种功能

2.2过流保护的操作

一旦发生系统故障，例如当连接V(OUT)引脚的负载与GND短路时，过流保护功能会限制输出电流，以保护负载开关IC和使用它的系统。当输出电压（V(OUT)）下降导致电流过大时，东芝的负载开关IC通过触发限流电路，将输出电流限制在设定的输出限制电流（I(CL)）电平。当V(OUT)进一步下降时，东芝的负载开关IC会执行称为折返的电流限制。如果过大的电流高于内部阈值，当输出电压（V(OUT)）降低时，折返会降低输出电流（I(OUT)）。即使输出电压为零，短路电流（I(SC)）也会按内部设置的电平继续流动。“折返”一词源自保护操作期间折返的输出电流（I(OUT)）与输出电压（V(OUT)）的曲线形状。当导致过电流的故障条件消失时，负载开关IC会自动从过流保护中恢复，使输出电压恢复至正常电平。

2.3 热关断的操作

如因环境温度过度升高而导致功耗过大或结温超过阈值，则热关断（TSD）功能会关闭负载开关IC，以保护负载开关IC和使用它的系统。

负载开关IC具有热关断温度和恢复温度。热关断温度是指TSD发生跳闸以关闭负载开关IC的温度。当TSD跳闸时，由此引发的功耗降低会导致其结温下降。达到一定温度时，负载开关IC就会自动重新导通。此温度即为恢复温度。

除非消除TSD跳闸的原因，否则结温会回升，导致负载开关IC进入以下循环：负载开关IC关断 → 结温下降 → 负载开关IC导通 → 结温升高。负载开关IC不应长时间处于过高温下，否则可能会影响系统稳定性或降低负载开关IC的可靠性。必须为系统提供故障安全机制，以防热关断。

2.4 浪涌电流降低

浪涌电流限流功能控制转换速率以降低浪涌电流。

一旦负载开关IC导通，其输出电压会瞬间增大，导致可能超过负载IC或电路额定电压的过冲现象。

此外，浪涌大电流流入负载开关IC，以对连接V(OUT)引脚的输出滤波电容器进行充电。浪涌电流发生在从负载开关IC导通至输出电压稳定的这段时间内。如果V(IN)引脚连接具有大阻抗的电路板迹线，则输入电压可能会因浪涌电流在迹线阻抗上发生压降而下降。因此负载开关IC无法提供正常的输出电压电平。

负载开关IC导通后，浪涌电流限流功能将输出电流缓慢升高以限制浪涌电流，从而抑制输出电压过冲和输入电压降。因此，浪涌电流限制有助于提高系统稳定性。

浪涌电流限流也称为转换速率控制或软启动。

为抑制负载开关IC启用时产生的浪涌电流，请使用具有浪涌电流限流功能的负载开关IC；浪涌电流限流功能通过放缓输出阶段晶体管的导通，抑制流向连接至输出端子（V(OUT)）的电容器电流。浪涌电流限流功能亦称为软启动、慢启动或摆率控制功能。

2.5 自动放电

当负载开关IC关闭时，自动放电功能通过连接在V(OUT)与GND引脚之间的内部N沟道MOSFET对滤波电容器快速放电，以利于供电时序。

一个电子系统由多个IC和电路组成。为使系统正常工作，需设置供电时序，即为组成IC和电路供电的顺序。一个相对较大的电容器连接至负载开关IC的V(OUT)引脚，以对输出电压进行滤波。除非该滤波电容器正确放电，否则很难设置系统的供电时序。

2.6 欠压锁定（UVLO）

当负载开关IC的输入电压低于内部阈值时，欠压锁定（UVLO）功能会关闭其输出，以确保系统稳定性。如果提供给组成IC或电路的电压下降，系统运行可能会变得不稳定。这种情况下即可使用此功能。欠压锁定有滞后性。当输入电压回升至恢复阈值以上时，输出会自动重新导通。

2.7 反向电流保护

当输出电压（V(OUT)）> 输入电压（V(IN)）时，反向电流阻断电路会阻断从V(OUT)引脚反向流向V(IN)引脚的电流。

负载开关IC提供两种类型的反向电流阻断电路：

a）仅当负载开关IC关断时才会激活反向电流阻断

当MOS传输晶体管关断时，V(IN)会低于V(OUT)，以防止反向电流从V(OUT)引脚流向V(IN)引脚。当MOS传输晶体管导通时，反向电流阻断会被禁用。

b）真正的反向电流阻断

真正的反向电流阻断功能可防止反向电流从V(OUT)引脚流向V(IN)引脚，无论MOS传输晶体管导通还是关断。当V(OUT)比V(IN)高出V(RB)（反向阻断电压阈值）时，启用反向电流阻断电路；当V(OUT)比V(IN)低V(RBR)（反向阻断释放电压阈值）时，禁用反向电流阻断电路。

下图显示了具有真正反向电流阻断功能的负载开关IC的反向电流特性。如红线（#1）所示，随着V(OUT)与V(IN)（V(OUT) – V(IN)）之间的差异增大，I(REVERSE)相应增大。当V(OUT) – V(IN)达到大约40mV的A点时，将启用反向电流阻断，阻断I(REVERSE)。当V(IN)比V(OUT)高出大约30mV（在B点）时，如绿线（#2）所示，反向电流阻断会被禁用，导致电流再次开始从V(IN)引脚流向V(OUT)引脚。