什么是負載開關

　　負載開關是一種用于控制電路中負載(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，廣泛應用于各種電子設備和系統(tǒng)中。本文將介紹負載開關的定義、工作原理、分類和常見應用，并探討其在電路控制和能源管理中的重要作用。

　　負載開關是節(jié)省空間的集成式電源開關。這些開關可用來“斷開”耗電量大的子系統(tǒng)(當處于待機模式時)，或用于負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)建了負載開關;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。集成式負載開關可解決這個問題：將電路板空間歸還給設計人員，同時集成更多的功能。

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

　　負載開關的應用

　　負載開關在各種電子設備和系統(tǒng)中起著重要作用。以下是幾個常見的應用場景：

　　1 照明控制

　　負載開關被廣泛應用于照明系統(tǒng)中，如家庭照明、商業(yè)建筑和街道照明等。通過使用負載開關，可以實現(xiàn)對燈光的精確控制，包括開關、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

　　負載開關在家電控制中扮演重要角色。它被應用于冰箱、空調(diào)、洗衣機、電視等家用電器中，通過控制負載的通斷，實現(xiàn)對設備的開關和運行狀態(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)自動化領域，負載開關廣泛應用于生產(chǎn)線和機械設備控制中。它可以實現(xiàn)對電機、氣缸、傳送帶等負載的精確控制，協(xié)調(diào)各個設備的運行和協(xié)作，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

　　4 能源管理

　　負載開關在能源管理系統(tǒng)中起到重要作用。通過對負載的精確控制和調(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

　　負載開關被廣泛應用于電子通信系統(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，負載開關扮演重要角色。它被應用于車燈控制、電動窗戶、空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)動機控制等方面，通過對負載的精確控制，實現(xiàn)車輛功能的正常運行和駕駛安全。

　　負載開關的主要應用

　　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

　　負載開關的工作原理

　　負載開關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，當控制端接收到足夠的控制信號時，負載開關會使輸出端與輸入端連通，從而使負載得以開啟;反之，當控制信號不滿足條件時，負載開關會使輸出端與輸入端斷開，實現(xiàn)負載的關閉。

　　負載開關主要指標

　　1.輸入電壓范圍：負載開關能支持的工作電壓范圍;

　　2.最大連續(xù)導通電流;

　　3.導通電阻：VIN到VOUT測到的電阻，與VIN/VOUT壓差和功耗有關;

　　4.靜態(tài)功耗：與應用有關;

　　9.關斷漏電流：降低待機功耗

　　5.限流值

　　6.反向保護

　　7.OTP

　　負載開關的分類

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

　　1 基于晶體管的負載開關

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

　　2 基于繼電器的負載開關

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

　　3 數(shù)字式負載開關

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

　　4 模擬式負載開關

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

　　為什么需要負載開關及負載開關的保護功能

　　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)電源軌上串一個負載開關，就可以實現(xiàn)對每個負載的單獨控制;

　　2.上電時序控制

　　某些系統(tǒng)有嚴格的上電時序要求(如處理器)。通過GPIO或I2C，使用負載開關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，可以通過負載開關切斷電源軌，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，關斷開關。溫度降低到某個國值后，芯片從新啟動;

　　7.浪涌電流控制

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

　　8.限流

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

　　9.反向保護

　　當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，當壓差大于設定闖值后，關斷開關管，可能還需要關斷體二極管。

　　10.過壓保護

　　負荷開關和斷路器有什么區(qū)別

　　負荷開關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荷電流和斷路電流，負荷開關只可切斷負荷電流，短路電流 是由熔斷器來切斷的

　　1、負荷開關是可以帶負荷分斷的，有自滅弧功能，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備來保護?？删哂卸搪繁Ｗo、過載保護、漏電保護等功能。

　　負荷開關只能夠在額定的負荷電流內(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荷電流內(nèi)工作，同時還可以在開斷事故電流當中工作，對電路能夠起到保護作用，線路短路時，能夠快速切斷電流。

　　負荷電源開關只能在額定值的負荷電流內(nèi)來操作，并且不含有一切保護系統(tǒng)和對策;而隔離開關不僅還可以在額定值的負荷電流內(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。

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

　　斷路器可以帶負載開關嗎?

　　因為斷路器具有安全可靠的滅弧裝置和快速通斷能力，所以它可以帶負載開關

　　主要是負荷開關不具備斷開短路電流的能力，但是能安全的切合負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，可以用負荷開關代替價格昂貴的斷路器，以此來降低配電裝置的成本。

　　負載開關基本電路?

　　功率MOSFET是一種具有良好開關特性的器件：導通時其導通電阻RDS(ON)很小;在關斷時其漏電流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，所以非常適合作負載開關。N溝道MOSFET可以組成最簡單的負載開關，如圖1所示。負載接在電源與漏極之間(負載可以是直流電動機、散熱風扇、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導通，負載得電;在其柵極加一個邏輯低電平，則N-MOSFET關斷，負載失電。用MOSFET組成的負載開關從可以看出，負載開關接是在電源與負載之間，用邏輯電平來控制通、斷，使負載得電或失電的功率器件。由于開關在負載的下邊，一般稱為低端負載開關。如果負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)，則低端負載開關不能用，要采用高端負載開關。高端負載開關主要由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。開關在負載的上面，稱高端負載開關。高端負載開關(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導通，負載得電;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關斷，負載失電。一般在輸入端往往接一下拉電阻，其目的是使負載開關在無控制信號輸入時處于可靠的關斷狀態(tài)。(b)的工作原理與圖2(a)相同，讀者可自行分析。負載開關接負載電路如果在負載開關與負載之間接了一個大容量電容，如圖3所示。當這電容的等效串聯(lián)電阻非常小時，在負載開關導通的瞬間，有較大的瞬態(tài)電流(沖擊電流，如圖3右圖所示)流過開關管。為減小沖擊電流，在負載開關中增加了C1及R2，如圖4所示。當負載開關在導通后的瞬間，輸入電壓經(jīng)P管后加在C1及R2上(Q1的導通電阻略而不計)，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。負載開關基本電路負載開關的基本電路。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，使應用更方便，占PCB面積也更小。負載開關的發(fā)展從負載開關基本電路來看，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是缺少過