負(fù)載開(kāi)關(guān)是用于開(kāi)啟和關(guān)閉系統(tǒng)中的電源軌的電子繼電器。負(fù)載開(kāi)關(guān)可用于多種不同的應(yīng)用，包括但不限于：
-配電
-上電時(shí)序控制和電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換
-減小待機(jī)模式下的漏電流
-控制上電時(shí)間，減少浪涌電流
-控制下電時(shí)間，避免下電太慢導(dǎo)致其他問(wèn)題
前面3條是負(fù)載開(kāi)關(guān)的核心，后面兩條不是所有的負(fù)載開(kāi)關(guān)都具有的。
PMOS分立負(fù)載開(kāi)關(guān)電路
下圖是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的分立負(fù)載開(kāi)關(guān)電路，只需要用到一個(gè)PMOS管和一個(gè)GPIO信號(hào)，GPIO連接到MOS管的柵極。當(dāng)GPIO為高電平時(shí)，MOS管關(guān)閉。當(dāng)GPIO為低電平的時(shí)候，MOS管打開(kāi)。
這個(gè)電路最大的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單，那它的缺點(diǎn)是什么呢？
下面來(lái)看看上電過(guò)程中這個(gè)電路的實(shí)際表現(xiàn)，如下圖：可以看到在開(kāi)關(guān)打開(kāi)過(guò)程中，輸入電源出現(xiàn)了較大的跌落。
這是因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)打開(kāi)瞬間，輸出電容會(huì)導(dǎo)致較大的浪涌電流，從而導(dǎo)致輸入電源瞬間跌落。上面的電路中，我們已經(jīng)讓輸入電容取值是輸出電容的10倍，如果輸入電容更小，輸出電源跌落會(huì)更大。
電源電壓跌落只是不好的結(jié)果，根本點(diǎn)是浪涌電流。為了方便看出浪涌電流的大小，我們先將1Ω負(fù)載電阻去掉，然后觀察到開(kāi)關(guān)導(dǎo)通過(guò)程中的表現(xiàn)如下：
可以看出，僅4.7uF的電容，就會(huì)產(chǎn)生將近2A的浪涌電流。而浪涌電流大小是跟電容值成正比的。如果輸出電容增大，浪涌電流可能會(huì)更大。（INRUSH=CLOAD*dV/dt）
大的浪涌電流會(huì)導(dǎo)致輸入電源電壓下降、如果該輸入電源還給其他模塊供電，可能會(huì)導(dǎo)致其他模塊因?yàn)榈蛪簩?dǎo)致復(fù)位。另外大的浪涌電流也可能導(dǎo)致芯片\連接器\PCB等過(guò)流發(fā)熱損壞。
另外用PMOS作為開(kāi)關(guān)還有一個(gè)缺點(diǎn)，輸入電壓最大值有限制，如下圖，Vgate-VIN要小于VGS(th)，比如VGS(th)min=-1V，Vgate=3.3V，則VIN不能超過(guò)4.3V，否則MOS將會(huì)一直打開(kāi)，無(wú)法關(guān)閉。
上述電路可以在MOS管柵極串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)降低浪涌電流，如下圖：
串聯(lián)電阻與GS之間的電容組成RC電路，可以MOS管的開(kāi)關(guān)時(shí)間變長(zhǎng)，從而使輸出電壓上升速度變慢，根據(jù)IINRUSH=CLOAD*dV/dt，dt增大，IINRUSH會(huì)減小。
實(shí)際測(cè)試結(jié)果如下：
可以看出，加了20k串阻后，電壓跌落很小。在PMOS的柵極上增加串阻有助于增加輸出的上升時(shí)間，同時(shí)也增加了PMOS關(guān)閉時(shí)的下降時(shí)間。對(duì)于需要快速釋放輸出負(fù)載以加快系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)缺點(diǎn)。
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