Перейти к содержанию

Ключ нагрузки (load switch)

Датчик, радиомодуль или карту памяти удобно обесточивать, когда они не нужны. Один P-канальный транзистор с этим справляется, но без мер предосторожности при включении он даёт бросок тока в конденсаторы нагрузки и просадку питания. Ключ нагрузки решает это в одной микросхеме.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Ключ нагрузки (load switch) — микросхема-выключатель, которая стоит в плюсовом проводе питания между источником и частью схемы и подключает её по логическому сигналу. Внутри — силовой MOSFET с драйвером затвора; снаружи нужны только конденсаторы и иногда один конденсатор, задающий скорость нарастания. Ключи нагрузки применяют, чтобы обесточивать датчики, радиомодули, карты памяти, и чтобы включать шины питания в нужном порядке.

Главные параметры

ПараметрЧто показываетПример: TPS22918
Диапазон входана какие шины годится1–5,5 В
Токдлительный ток через ключ2 А
Сопротивление ключа RONпадение напряжения и нагрев52 мОм типично при 5 В, до 79 мОм при +105 °C
Ток покоярасход самой микросхемы8,3 мкА типично при 3,3 В
Ток в выключенном состоянииутечка, когда нагрузка отключена0,5 мкА типично
Время нарастанияограничение броска токазадаётся конденсатором CT
Разряд выхода (QOD)быстрый спад после выключениявнутренний резистор или внешний

Данные TPS22918 — из даташита TI SLVSD76C (с. 1, разд. 6.5 и 8.3); подробная карточка — TPS22918.

Зачем управлять нарастанием

Конденсаторы нагрузки при включении заряжаются током I = C · dV/dt (TI SLVA670A, уравнение 1). Если напряжение подать скачком, пусковой ток может в разы превысить рабочий: TI измерила свыше 3,12 А при подаче 3,3 В на 47 мкФ и 1,6 А на 22 мкФ (разд. 1.1). Такой бросок просаживает общую шину, и остальная схема может сброситься. Ключ нагрузки поднимает выход плавно: у TPS22918 без конденсатора CT за 135 мкс при 5 В, с CT = 1000 пФ — за 2540 мкс (табл. 2). Как это сделать на дискретных деталях, разобрано на странице «Плавный пуск».

Чего ключ нагрузки не делает

Простой ключ не ограничивает ток при замыкании и не блокирует обратный ток: при напряжении на выходе выше входного ток идёт через встроенный диод MOSFET (TPS22918, разд. 9.2.2). Для защиты от перегрузки и замыкания применяют электронный предохранитель, для блокировки обратного тока — идеальный диод или ключ с такой функцией. TI советует брать входной конденсатор больше выходного, в отношении около 10 : 1, чтобы после пропадания питания выход не оказался выше входа (разд. 9.2.2.2).

Частые вопросы

Чем ключ нагрузки лучше одного P-канального MOSFET?

Управляемым нарастанием и готовой обвязкой. Транзистор, открытый резко, заряжает конденсаторы нагрузки броском тока I = C · dV/dt: TI показывает свыше 3,12 А при подаче 3,3 В на 47 мкФ (SLVA670A, разд. 1.1). В ключе нагрузки скорость нарастания задана — у TPS22918 конденсатором на выводе CT, — есть разряд выхода и управление логическим уровнем от 1 В. Дискретная схема тоже возможна, но требует больше деталей и места (SLVA670A, разд. 3.4).

Защищает ли ключ нагрузки от обратного тока?

Не всегда. Простые ключи вроде TPS22918 построены на MOSFET со встроенным диодом, и если напряжение на выходе выше входного, ток идёт через диод обратно (разд. 9.2.2 даташита). Если нагрузка может питаться с другой стороны, нужен ключ с блокировкой обратного тока или идеальный диод — это отдельная строка в описании микросхемы.

Как выбрать время нарастания?

По ёмкости нагрузки и допустимому броску тока: I = C · dV/dt. Например, 100 мкФ при нарастании 5 В за 2,5 мс дают около 0,2 А (наш пересчёт). У TPS22918 время нарастания считают по уравнению SR = 0,55 · CT + 30 мкс/В, где CT в пикофарадах: для 1000 пФ при 5 В в таблице измерений 2540 мкс (разд. 8.3.3, табл. 2).

Источники

  1. Texas Instruments. TPS22918 5.5-V, 2-A, 52-mΩ On-Resistance Load Switch (SLVSD76C, revised July 2017) — с. 1 — вход 1–5,5 В, 2 А длительно, RON 52 мОм типично при 5 В и 53 мОм при 3,3 В, регулируемые время нарастания (CT) и разряд выхода (QOD); разд. 6.5: ток покоя 8,3 мкА типично и 15 мкА максимум при 3,3 В, ток в выключенном состоянии 0,5 мкА типично, ток входа ON до 0,1 мкА, RON при 5 В — 52 мОм типично и 59 мОм максимум при 25 °C, до 79 мОм в диапазоне до +105 °C; разд. 8.3.2 — QOD: внешний резистор, внутренний RPD или отключение, ёмкость нагрузки с внутренним RPD до 200 мкФ; разд. 8.3.3, уравнение 3: SR = 0,55 · CT + 30 мкс/В, табл. 2: время нарастания 10–90 % при 5 В — 135 мкс без CT, 2540 мкс при 1000 пФ; разд. 9.2.2 — через встроенный диод MOSFET ток идёт с выхода на вход, если VOUT > VIN
  2. Texas Instruments. Managing Inrush Current (SLVA670A, revised May 2015) — разд. 1, уравнение 1: IINRUSH = C · dV/dt; разд. 1.1: источник 3,3 В на 47 мкФ даёт бросок свыше 3,12 А, на 22 мкФ — 1,6 А; разд. 3.2–3.4: дискретная схема требует больше деталей и места, интегральный ключ нагрузки с управляемой скоростью нарастания; несколько ключей вместо нескольких стабилизаторов при раздельно включаемых нагрузках

Нашли ошибку?

Смотрите также