什么是負(fù)載開關(guān)

　　負(fù)載開關(guān)是一種用于控制電路中負(fù)載(如燈泡、電機等)通斷的電子器件。它具有快速、可靠和安全的特性，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中。本文將介紹負(fù)載開關(guān)的定義、工作原理、分類和常見應(yīng)用，并探討其在電路控制和能源管理中的重要作用。

　　負(fù)載開關(guān)是節(jié)省空間的集成式電源開關(guān)。這些開關(guān)可用來“斷開”耗電量大的子系統(tǒng)(當(dāng)處于待機模式時)，或用于負(fù)載點控制以方便電源排序。智能手機得到普及之后，人們創(chuàng)建了負(fù)載開關(guān);由于手機添加了更多的功能，因此它們需要更高密度的電路板，這樣空間就變得不足了。集成式負(fù)載開關(guān)可解決這個問題：將電路板空間歸還給設(shè)計人員，同時集成更多的功能。

　　負(fù)載開關(guān)是一種用于切換電路中負(fù)載通斷的電子器件。它可以通過控制輸入信號來實現(xiàn)負(fù)載的開啟或關(guān)閉。負(fù)載開關(guān)能夠提供穩(wěn)定的通斷功能，并且具有較低的導(dǎo)通電阻和較高的絕緣性能。

　　負(fù)載開關(guān)的應(yīng)用

　　負(fù)載開關(guān)在各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中起著重要作用。以下是幾個常見的應(yīng)用場景：

　　1 照明控制

　　負(fù)載開關(guān)被廣泛應(yīng)用于照明系統(tǒng)中，如家庭照明、商業(yè)建筑和街道照明等。通過使用負(fù)載開關(guān)，可以實現(xiàn)對燈光的精確控制，包括開關(guān)、調(diào)光和定時等功能，提高能源利用效率和舒適度。

　　2 家電控制

　　負(fù)載開關(guān)在家電控制中扮演重要角色。它被應(yīng)用于冰箱、空調(diào)、洗衣機、電視等家用電器中，通過控制負(fù)載的通斷，實現(xiàn)對設(shè)備的開關(guān)和運行狀態(tài)的控制，提供便利和節(jié)能的功能。

　　3 工業(yè)自動化

　　在工業(yè)自動化領(lǐng)域，負(fù)載開關(guān)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線和機械設(shè)備控制中。它可以實現(xiàn)對電機、氣缸、傳送帶等負(fù)載的精確控制，協(xié)調(diào)各個設(shè)備的運行和協(xié)作，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

　　4 能源管理

　　負(fù)載開關(guān)在能源管理系統(tǒng)中起到重要作用。通過對負(fù)載的精確控制和調(diào)整，可以實現(xiàn)對能源的合理分配和優(yōu)化利用，降低能耗成本，提高能源利用效率，減少對環(huán)境的影響。

　　5 電子通信

　　負(fù)載開關(guān)被廣泛應(yīng)用于電子通信系統(tǒng)中，如手機、路由器和交換機等。它可以實現(xiàn)對通信模塊的開關(guān)和控制，確保通信信號的穩(wěn)定傳輸，提高通信質(zhì)量和可靠性。

　　6 汽車電子

　　在汽車電子系統(tǒng)中，負(fù)載開關(guān)扮演重要角色。它被應(yīng)用于車燈控制、電動窗戶、空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)動機控制等方面，通過對負(fù)載的精確控制，實現(xiàn)車輛功能的正常運行和駕駛安全。

　　負(fù)載開關(guān)的主要應(yīng)用

　　1.手機無線反充路徑和OTG

　　2.手表手環(huán)上各種Sensor

　　3.筆記本電腦

　　(1)USB-C充電通路

　　(2)DCIN 充電通路

　　(3)USB Type-A 接口對外供電通路

　　負(fù)載開關(guān)的工作原理

　　負(fù)載開關(guān)基于晶體管或繼電器等元件構(gòu)成。它通常由一個輸入端、一個輸出端和一個控制端組成。工作時，當(dāng)控制端接收到足夠的控制信號時，負(fù)載開關(guān)會使輸出端與輸入端連通，從而使負(fù)載得以開啟;反之，當(dāng)控制信號不滿足條件時，負(fù)載開關(guān)會使輸出端與輸入端斷開，實現(xiàn)負(fù)載的關(guān)閉。

　　負(fù)載開關(guān)主要指標(biāo)

　　1.輸入電壓范圍：負(fù)載開關(guān)能支持的工作電壓范圍;

　　2.最大連續(xù)導(dǎo)通電流;

　　3.導(dǎo)通電阻：VIN到VOUT測到的電阻，與VIN/VOUT壓差和功耗有關(guān);

　　4.靜態(tài)功耗：與應(yīng)用有關(guān);

　　9.關(guān)斷漏電流：降低待機功耗

　　5.限流值

　　6.反向保護

　　7.OTP

　　負(fù)載開關(guān)的分類

　　根據(jù)負(fù)載開關(guān)的不同特性和應(yīng)用場景，可以將其分為多個分類。以下是幾種常見的負(fù)載開關(guān)分類：

　　1 基于晶體管的負(fù)載開關(guān)

　　基于晶體管的負(fù)載開關(guān)是最常見的一種類型。它利用晶體管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)來控制負(fù)載的通斷?；诰w管的負(fù)載開關(guān)具有高速、低功耗和小尺寸等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中。

　　2 基于繼電器的負(fù)載開關(guān)

　　基于繼電器的負(fù)載開關(guān)使用電磁繼電器作為控制元件。當(dāng)輸入信號滿足要求時，電磁繼電器會吸合，使負(fù)載通電;當(dāng)輸入信號不滿足條件時，電磁繼電器釋放，實現(xiàn)負(fù)載的斷電。基于繼電器的負(fù)載開關(guān)具有較高的負(fù)載能力和可靠性，適用于較大功率的負(fù)載控制。

　　3 數(shù)字式負(fù)載開關(guān)

　　數(shù)字式負(fù)載開關(guān)采用數(shù)字控制技術(shù)，通過微處理器或FPGA等芯片實現(xiàn)對負(fù)載的精確控制。它具有靈活性高、功能強大和可編程性等特點。數(shù)字式負(fù)載開關(guān)常用于自動化系統(tǒng)、通信設(shè)備和工業(yè)控制中。

　　4 模擬式負(fù)載開關(guān)

　　模擬式負(fù)載開關(guān)采用模擬電路設(shè)計，通過控制電壓或電流的變化來實現(xiàn)負(fù)載的通斷。它廣泛應(yīng)用于音頻設(shè)備、功率放大器和測試儀器等領(lǐng)域，能夠提供較高的精度和穩(wěn)定性。

　　為什么需要負(fù)載開關(guān)及負(fù)載開關(guān)的保護功能

　　1.電源配置

　　一個電源對多個子系統(tǒng)供電，靈活控制每個子系統(tǒng)。在每個子系統(tǒng)電源軌上串一個負(fù)載開關(guān)，就可以實現(xiàn)對每個負(fù)載的單獨控制;

　　2.上電時序控制

　　某些系統(tǒng)有嚴(yán)格的上電時序要求(如處理器)。通過GPIO或I2C，使用負(fù)載開關(guān)能提供簡單的解決方案;

　　3.減小漏電流

　　一個大的系統(tǒng)，某些子系統(tǒng)只在特定模式下工作。不需要工作的時候，可以通過負(fù)載開關(guān)切斷電源軌，減小漏電流，降低待機功耗;

　　4.ON使能引腳遲滯

　　邏輯開啟電壓和邏輯關(guān)斷電壓有一個差值。這個差值可以有效防止GPIO接口的噪聲導(dǎo)致誤操作，提高系統(tǒng)魯棒性;

　　5.低壓鎖存

　　輸入電壓低于某個國值后，切斷電源軌;

　　6.過溫保護

　　芯片內(nèi)部溫度超過某個闕值，關(guān)斷開關(guān)。溫度降低到某個國值后，芯片從新啟動;

　　7.浪涌電流控制

　　啟動有大的負(fù)載電容的子系統(tǒng)，可能導(dǎo)致電源下陷，影響其他子系統(tǒng)工作，負(fù)載開關(guān)集成軟啟動功能可以解決這個問題。部分負(fù)載開關(guān)還可以根據(jù)應(yīng)用需要，設(shè)定輸出啟動時間和浪涌電流。

　　8.限流

　　限制負(fù)載從電源抽取的最大電流，避免負(fù)載電流過大，使主系統(tǒng)癱瘓。限流后，負(fù)載電流值恒定。

　　9.反向保護

　　當(dāng)VOUT電壓大于VIN電壓時可以阻止電流從輸出端流向輸入端。對于多電源復(fù)用的系統(tǒng)，這是很有用的。實現(xiàn)反向保護的方法可以是，檢測VOUT和VIN的壓差，當(dāng)壓差大于設(shè)定闖值后，關(guān)斷開關(guān)管，可能還需要關(guān)斷體二極管。

　　10.過壓保護

　　負(fù)荷開關(guān)和斷路器有什么區(qū)別

　　負(fù)荷開關(guān)和斷路器都是用來閉合和切斷電路的電器，但是它們在電路中所起的作用不同。其中斷路器可以切斷負(fù)荷電流和斷路電流，負(fù)荷開關(guān)只可切斷負(fù)荷電流，短路電流 是由熔斷器來切斷的

　　1、負(fù)荷開關(guān)是可以帶負(fù)荷分?jǐn)嗟模凶詼缁」δ?，但它的開斷容量很小很有限。

　　2.斷路器的開斷容量可以在制造過程中做的很高。主要是依靠加電流互感器配合二次設(shè)備來保護?？删哂卸搪繁Ｗo、過載保護、漏電保護等功能。

　　負(fù)荷開關(guān)只能夠在額定的負(fù)荷電流內(nèi)進行操作，而且不帶有任何保護系統(tǒng)與措施;而斷路器不僅僅可以在額定的負(fù)荷電流內(nèi)工作，同時還可以在開斷事故電流當(dāng)中工作，對電路能夠起到保護作用，線路短路時，能夠快速切斷電流。

　　負(fù)荷電源開關(guān)只能在額定值的負(fù)荷電流內(nèi)來操作，并且不含有一切保護系統(tǒng)和對策;而隔離開關(guān)不僅還可以在額定值的負(fù)荷電流內(nèi)工作，同時也可以在開斷安全事故電流之中工作，對電源電路可以起到保護功效，電路短路時，能夠迅速斷開電流。

　　負(fù)載開關(guān)只能在沒有任何保護系統(tǒng)和措施的情況下在額定負(fù)載電流中操作;斷路器不僅可以在額定負(fù)載電流中工作，還可以在開關(guān)事故電流中工作，可以保護電路。當(dāng)線路短路時，電流可以快速切斷。

　　斷路器可以帶負(fù)載開關(guān)嗎?

　　因為斷路器具有安全可靠的滅弧裝置和快速通斷能力，所以它可以帶負(fù)載開關(guān)

　　主要是負(fù)荷開關(guān)不具備斷開短路電流的能力，但是能安全的切合負(fù)載電流和一定的過載電流。

　　可在功率不大或者不太重要的場合，可以用負(fù)荷開關(guān)代替價格昂貴的斷路器，以此來降低配電裝置的成本。

　　負(fù)載開關(guān)基本電路?

　　功率MOSFET是一種具有良好開關(guān)特性的器件：導(dǎo)通時其導(dǎo)通電阻RDS(ON)很小;在關(guān)斷時其漏電流IDSS很小。另外，它的耐壓范圍很寬，從幾十V到幾百V，漏極電源范圍寬，從幾A到幾十A，所以非常適合作負(fù)載開關(guān)。N溝道MOSFET可以組成最簡單的負(fù)載開關(guān)，如圖1所示。負(fù)載接在電源與漏極之間(負(fù)載可以是直流電動機、散熱風(fēng)扇、大功率LED、白熾燈泡或螺管線圈等)。在其柵極上加一個邏輯高電平，則N-MOSFET導(dǎo)通，負(fù)載得電;在其柵極加一個邏輯低電平，則N-MOSFET關(guān)斷，負(fù)載失電。用MOSFET組成的負(fù)載開關(guān)從可以看出，負(fù)載開關(guān)接是在電源與負(fù)載之間，用邏輯電平來控制通、斷，使負(fù)載得電或失電的功率器件。由于開關(guān)在負(fù)載的下邊，一般稱為低端負(fù)載開關(guān)。如果負(fù)載是一個要求接地的電路(如功率放大電路、發(fā)射電路或接收電路等)，則低端負(fù)載開關(guān)不能用，要采用高端負(fù)載開關(guān)。高端負(fù)載開關(guān)主要由P溝道MOSFET組成，如圖2所示。

　　2(a)是由一個P-MOSFET與一個反相器組成的，

　　2(b)是由一個P-MOSFET與一個N-MOSFET組成的。開關(guān)在負(fù)載的上面，稱高端負(fù)載開關(guān)。高端負(fù)載開關(guān)(a)來說明其工作原理。在反相器輸入端輸入邏輯高電平時，其輸出端為低電平，反相器的輸出端與P-MOSFET的柵極連接，則使-VGS≈VIN，P-MOSFET導(dǎo)通，負(fù)載得電;若反相器輸入端輸入邏輯低電平，反相器輸出高電平，則使其-VGS≈0V，P-MOSFET關(guān)斷，負(fù)載失電。一般在輸入端往往接一下拉電阻，其目的是使負(fù)載開關(guān)在無控制信號輸入時處于可靠的關(guān)斷狀態(tài)。(b)的工作原理與圖2(a)相同，讀者可自行分析。負(fù)載開關(guān)接負(fù)載電路如果在負(fù)載開關(guān)與負(fù)載之間接了一個大容量電容，如圖3所示。當(dāng)這電容的等效串聯(lián)電阻非常小時，在負(fù)載開關(guān)導(dǎo)通的瞬間，有較大的瞬態(tài)電流(沖擊電流，如圖3右圖所示)流過開關(guān)管。為減小沖擊電流，在負(fù)載開關(guān)中增加了C1及R2，如圖4所示。當(dāng)負(fù)載開關(guān)在導(dǎo)通后的瞬間，輸入電壓經(jīng)P管后加在C1及R2上(Q1的導(dǎo)通電阻略而不計)，其電壓主要降在R2上，減小了-VGS，減小ID電流，即減小沖擊電流。C1≤1000pF，R1=10～47kΩ，R2=1～4.7kΩ。負(fù)載開關(guān)基本電路負(fù)載開關(guān)的基本電路。由于電路十分簡單，可以由分立元件組成，但目前有現(xiàn)成的集成電路，使應(yīng)用更方便，占PCB面積也更小。負(fù)載開關(guān)的發(fā)展從負(fù)載開關(guān)基本電路來看，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是缺少過