怎样用负载开关来节省能耗？

作者: Alexander Gronbach

由于物联网的革命性突破，越来越多的器件可通过Wi-Fi和Bluetooth连接至云端。负载开关的用途通常是在智能手机处于待机模式时禁用无线，或是应用在其它高能耗子系统中来节约能耗，使器件的总功耗降低，从而使电池能够更长时间的供电。

负载开关的工作方式

可以将负载开关想象成一个电子灯开关，用途是打开和关闭负载。基本负载开关只有四个引脚：VIN，VOUT，ON和GND。图1显示的是更加复杂负载开关中的功能。把负载开关接通，即通过将ON置为高电平会使电流从VIN流向VOUT。但断开开关时，没有从VIN流向VOUT的电流，并且所有下游器件也被关闭。负载开关的待机功耗有效地取代了VOUT上负载的待机功耗。


图1：普通负载开关方框图

你到底节省了多少电能？

一个真实使用环境中的示例：我们假定有一个睡眠模式时的流耗为5μA的WiFi或Bluetooth射频电路。我将使用TPS22915负载开关来比较使用负载开关和不使用负载开关时的省电情况。在没有负载开关时，射频处于待机或睡眠模式时的功耗大约为5μA，与上文提到的一样。在TPS22915的数据表中，ISD（关断电流）的典型值为0.5μA。不要将它与额定值为7.7μA的IQ或静态电流相混淆，IQ是负载开关的有源功耗。通过增加TPS22915（图2），耗电量减少了10倍！


图2：使用和不使用负载开关时待机功耗的比较

现在我们假定我们的Wi-Fi芯片性能有所降低，并且在待机或睡眠模式时流耗接近250μA。那么添加TPS22915现在可以将能耗降低500倍！通过节约能耗，用户可以通过使用更小的电池来缩小终端设备的尺寸，或者延长两次充电间的待机时间。

哪一款负载开关适合你？

选择负载开关时，需要确保它具有针对你的应用的正确额定值。尤其要注意最大电压、最大电流以及导通电阻 (RON)。在确认负载开关具有正确的电压和电流额定值后，需要决定可接受的功率损耗（V = IR压降）。TI提供多种负载开关可供选择；此系列产品中最新的一款器件是TPS22915。TPS22915具有38mΩ的RON典型值。对于1.5A负载，负载开关上的压降为57mV (V=1.5A * 38mΩ)。将3.3V，1.5A施加在VIN上，VOUT的值为大约3.24V。

随着负载电流增加，负载开关的RON变得越来越重要，这是因为压降与电流成比例。这也是TPS22915在电压为3.3V时的RON 比相似的负载开关低31%的重要性所在。在不使用TPS22915时，VOUT 的值将大约为3.21V，而不是3.24V。图3中比较了VIN上的RON。


图3：技术处于领先的5.5V WCSP-4负载开关VIN上的RON比较