最近几年,许多智能穿戴设备、TWS耳机、NB-IOT、SSD等产品中都在大量使用集成负载开关(Load Switch)来替代分立功率MOS作开关,这是因为集成负载开关有分立功率MOS开关无法比拟的优势。下面将对分立功率MOS开关和集成负载开关进行简单的对比。
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单个PMOS
单个PMOS的电路和开关打开瞬间的波形如下图:当ON被拉低,并且ON与VIN的压差远低于PMOS的VTH时,PMOS将导通。
该电路特点如下:
•单个器件,电路简单成本低
•存在浪涌电流,导致输入电压瞬间拉低
•输入电压最大值取决于MOS的VGS和BVDSS
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PMOS+NMOS
PMOS+NMOS的电路和开关打开瞬间的波形如下图:当ON拉高时NMOS将导通,使PMOS的栅极被拉低,PMOS将导通。
该电路特点如下:
•输入电压最大值取决于MOS的VGS和BVDSS
•存在浪涌电流,导致输入电压瞬间拉低
•存在漏电流,漏电流路径:VIN->电阻->MOS->GND
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PMOS+NMOS+电容
该电路特点如下:
•浪涌电流得以控制
•输出电压存在负电压
•输入电压上电时会存在短暂导通,形成浪涌电流
•存在漏电流,漏电流路径:VIN->电阻->MOS->GND
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PMOS+BJT+电容
按照PMOS+NMOS+电容模式进一步改进后的PMOS+BJT+电容结构以及开关打开瞬间波形如下:
该电路特点如下:
•浪涌电流得以减小,但仍存在非线性浪涌电流
•存在漏电流,漏电流路径:VIN->电阻->BJT->GND
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集成负载开关
Load Switch
集成负载开关的电路和开关打开瞬间的波形如下图:负载开关集成度高,应用电路复杂度降低。
该电路特点如下:
•浪涌电流得到控制
•外围器件少,体积小
•宽输入电压范围
•漏电流较小
•可根据需要,容易集成更多保护功能,例如:短路保 护、过温保护、输出快速放电控制等
数据对比✦
下面是分别使用集成负载开关与分立功率MOS开关(基于PMOS+BJT+电容结构)的对比数据:
表格展示了集成负载开关的诸多优点,实际上除了以下功能外还有许多其它功能。如果给分立功率MOS开关加入各种功能,那必须增加大量外围电路(将增加BOM、电路板尺寸以及成本),这显然不是最优方案。
可替代性总结✦
广泛意义上来讲集成负载开关可以替代分立功率MOS开关,使终端产品实现更小体积、更优续航性能,使电路设计结构优化,实现更多功能集成。
在市场方面,MOS开关的较大份额主要被海外大厂占据,因此国产替代空间巨大。并且在实际运用情况中,Load Switch以“小而全”的特点更受到工程师欢迎,已在越来越多的应用领域实现对分立功率MOS开关的替代。
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