电源中的负载管理与负载开关设计与实现

由微处理器及N个负载开关及N个负载组成的负载管理结构框图如图5所示。各个负载开关接在电源与负载之间，其ON/OFF端与微处理器的I/O口连接。在不同的工作状态时，由微处理器给各个负载开关的ON/OFF端输出逻辑电平；输入高电平的负载得电，输入低电平的负载失电。采用这种方案也能实现负载管理，主要用于一个电源带多个负载的产品中。

电源管理IC及负载开关组成的结构

在实际应用中，往往由于电路复杂而采用电源管理IC及多个负载开关组成的负载管理系统，如图6所示。图6中有3个电源，输出不同的电压。电源1给负载1~3供电。为了控制负载1~3的通电或失电，在电源与负载之间设了3个负载开关。电源2、电源3则由电源管理IC来控制其负载的通电或失电。

新型负载开关的特点

近年来，随着便携式电子产品的发展，各种先进的、多功能的（有的公司称它为"全能的"或"智能的"）负载开关出现了。归纳起来，这些用于负载管理的负载开关具有下述特点：

增加保护功能

负载开关是功率器件，大多数器件有过热关闭保护，有的负载开关内部设有输出电流限制电路（限制电流是固定的）或限制电流可设定的品种，可保证负载不过载受损，保证系统安全工作。另外，一般负载开关都设有输入电压过低时，输出锁存（UVLO）；有故障时给微处理器输出故障信号。

提高性能

提高性能包括：减小导通电阻RDS（on），以减少损耗，目前可做到RDS（on）=30MΩ左右；降低静态电流IQ，IQ最小的仅25nA；为防止开关导通瞬间有较大的冲击电流，设有软启动（有的负载开关有多种启动时间供用户选择或由用户根据负载情况自行设定）；负载开关关断时增加了放电电路，加速关断时间；有负载开关关断时防止产生反向电流（由OUT端流向IN端，可将开关管中的二极管去掉）；降低工作电压以满足供CPU核的需要，最低工作电压为0.8V，工作电范围宽，有的为1.2~5.5V，也有的为3~13.5V，以满足不同工作电压的需要；电流范围为1~6A，可满足各种便携式的需要。

封装尺寸小

为满足便携式体积小的要求，负载开关一般采用SOT-23封装、2mm×2mm MLP或MLF封装、SC-70封装，最小的采用6焊球BGA封装，其尺寸为1.5mm×1.0mm。

这里简单地介绍几种较典型的负载开关。

典型便携式负载开关

封装最小的负载开关FPF1003/4

FPF1003/4是飞兆公司于2007年4月推出的负载管理器件。其主要特点为：输入电压范围1.2～5.5V；导通电阻RDS（on），在VIN=5.5V时为30MΩ，静态电流IQ≤1μA；FPF1004内部关断时有放电电路，关断时间为10μs；最大连续开关电流为2A；工作温度范围为-40℃~+85℃，小尺寸6焊球BGA封装（1.5×1.0mm2）；开关导通时，有电压上升率控制。

该负载开关适用于现代超小型便携式电子产品，如PDA、手机、GPS、MP3播放器、数码相机等。

作者：北京航空航天大学 方佩敏   来源：中电网