電源開關的使用較為復雜，甚至讓大多數電子產品設計人員都感到困惑，特別是對那些非電源管理的專家而言。在各種各樣的應用中，例如：可攜式電子產品、消費類電子產品、工業或電信系統等，廣大的設計人員越來越常使用到電源開關。這些電源開關的使用方式非常多樣，包括控制、排序、電路保護、配電，甚至是系統電源開啟管理等。當然，每一種用法都需要有不同特性的電源開關解決方案。

　　本文針對在不同應用中使用到電源開關時，設計人員需要考慮的一些重要規範和概念進行了總結說明，并介紹了一些可能的解決方案，旨在幫助設計人員選擇一種最佳的解決方案。

　　很明顯地，在選擇電源開關以前您應該問您自己的第一個問題是：“我想要用這個開關來做什么？”這是一個簡單的問題，但其答案卻能幫助您定義完美的產品。使用電源開關的方式有數種，最為常見的是：

　　?控制、配電和排序（即開啟/關閉電源軌來啟用某個子系統或者為多個負載配電）；

　　?短路、過電流或過電壓保護（USB電流限制、感測器保護、電源軌短路保護）；

　　?管理接通突波電流（即電容充電時）；

　　?選擇電源（即多工或ORing）或者負載分配。

　　導通電阻、最大電流和輸入電壓範圍

　　導通電阻（rON）、最大持續電流和輸入電壓範圍始終都是需要考慮的關鍵特性。它們是您在考查任何元件以前需要研究的基本特性。根據應用，設計人員可以輕鬆地知道需要開關的電流，以及工作電壓的大小。根據這類資訊，設計人員便可以做出初步的選擇。事實上，如果您需要一個能夠通過1.2V或36V的開關，便可以確定兩種完全不同的產品範圍。

　　導通電阻會影響您在開關上看到的壓降。設計人員必須仔細瞭解其特定應用設置（電壓、電流）相關的最大允許壓降。利用公式1可以很容易地計算得到：

　　其中，壓降為VDROP，直通FET導通電阻為rON，而通過開關的電流為I。

　　如果應用需要開關大量的電流，或者對低壓軌（如1.0-V）進行開關，則需要最小化壓降。因此，導通電阻需要盡可能地低，例如：TPS2292x系列特有3.6-V的14-m Ohm rON。但是，如果要開關的電流較少，則導通電阻便不是一個關鍵問題，您可以選擇一個約為1Ohm的高導通電阻元件。導通電阻是電源開關元件晶片尺寸和成本的一個重要塬因。您要對其仔細研究，以選擇最低成本的解決方案。

　　除設計人員關注的開關最大持續電流以外，另一個重要特性是開關允許的最大脈衝電流。在某些應用中，大多數時候要求的負載均屬于中等強度的持續電流。但是，當某個子系統要求更多功率時，就很容易見到峰值出現。GSM/GPRS發射脈衝便是一個很好的例子，當它的工作週期為12.5%時，會在576uS的短暫期間要求高達1.7A的電流。請確定所選用的元件可以支援這種脈衝電流。

　　功耗和保護特性

　　功耗也是需要考慮的一個重要特性。在作為直通開關的正常運行期間，根據開關的導通電阻以及開關電流，可以計算得到功耗。利用公式2，您可以很容易地計算得到元件的最大功耗。

　　如果該元件的導通電阻夠低，則功耗較小，并且對元件工作溫度產生的影響也極小。但是，如果您計畫使用此開關來保護電源軌免受過電流或者使用USB埠時的短路損害，或是指紋感測器保護，則要小心。在這種情況下，您必須選擇一種電流限制開關。如果您不使用電流限制開關，則功耗會成為系統可靠性的主要問題。例如，3.3-V輸入電壓下，作用于一個非電流限制負載開關的0.9-？スu路，會轉換成如公式3所示的功耗。

　　一般來說，這種功耗對于市售的大多數封裝而言都太高，其可導致故障和可靠性問題。

　　同樣地，使用電流限制開關的設計人員需要確定封裝能夠支援的短路狀態。如果元件達到電流限制值，則當輸出為短路接地時會出現最大功耗。對于具有自動重啟時間tRESTART和過電流斷路時間tBLANK的一些元件來說，最大平均功耗如公式4所示。

　　對于那些沒有自動重啟環路（如TPS22944等）的元件來說，輸出短路會使元件工作在？甯y狀態下，在熱中斷啟動之前，它會一直極端的消耗電力。。這樣一來，只要導通引腳還有效且又出現短路狀況，這種熱中斷的循環就會持續發生。

　　市場上有一些電流限制開關，需要考慮的兩個主要特性是電流限制最小值（固定電流限制或利用外部電阻編程），以及電流限制精度和回應時間。大多數應用中，電流限制精度并不是一個關鍵問題，因為此元件的功用是作為一個斷路器（即出現短路時關閉開關）。但是，在一些如USB電流限制的應用中，精度就顯得很重要，因為開關的功用是作為一個？甯y源。

　　對于要開關大電流或承受過電流的一些應用來說，我們建議您選擇具有某種熱保護特性的元件。當發現元件溫度過高時，大多數元件都會啟用熱中斷，關閉FET來保護元件自身，以避免遭受任何潛在的熱損害。

　　對于短路保護來說，電流限制（或者過電流保護—OCP）是必要的，此外，還可以考慮如反向電流阻斷等其他一些保護特性。

　　當設計人員嘗試設計一種電源選擇器（ORing），或者實現某種負載分配時，反向電流阻斷（也稱作反向電壓保護）則為必需的。

　　圖1顯示了一個通過兩個潛在電源（即DC輸入和電池）為負載供電的電源開關配置實例：

　　圖1：雙源電源選擇器。

　　對于沒有反向電壓保護的元件來說，直通FET的輸入電壓保持在其輸出電壓以上很重要。否則，輸入將會通過FET主體二極體被鉗位控制，從而使大電流從輸出端流至輸入端。

　　在圖1實例中，如果電池為一顆4.2V（最大）的鋰離子（Li-Ion）電池，啟用DC輸入，并且電壓為5.0V，則潛在大電流將從負載流至電池——我們當然不希望看到這種結果！

　　一種有效的解決方案是使用一款具有反向電壓保護特性的元件。反向電流保護一般可以通過使用背靠背FET，或者在偵測到反向電壓狀態時切換PMOS FET的背柵來實現。您將會研究反向電壓比較器跳變點（VOUT–VIN值，即啟用反向電流特性的閾值），以及從反向電壓狀態到MOSFET關閉的時間。

　　可有效用于某些應用的另外一種保護是過電壓保護（OVP）。該特性在開關出現過電壓時，保護開關和系統。例如，它可以有效地用于一些USB應用或者電池應用中。

　　突波電流管理

　　電源開關的另一種常見用途是對系統啟動時的突波電流進行管理。如果開關在不受控的情況下開啟，則會形成巨大的突波電流，會在此開關的輸入端造成電源軌壓降，最終可能會影響系統的整體功能。

　　對大容量輸出電容充電時，突波電流會很大，需要對其進行控制和/或限制。這種突波電流可由公式5計算得到：

　　例如，和1uS升壓時間的情況下，突波電流可以高達3A。

　　避免出現這種突波電流的一種簡單方法是拉長開關的升壓時間。這樣便可緩慢地對輸出電容充電，并降低電流峰值。在公式5的實例中，200uS的升壓時間會導致15mA的突波電流，這是可以接受的。

　　一些情況下，您可能想對一些超大容量電容（數百uF）充電。通常建議選擇非常長的升壓時間，但是您也可以選擇一種具有高電流限制的開關。此類元件將會在電源啟動時進行電流限制，同時電容將在電流限制值下獲得充電，其為電源開關的最大功耗能力。

　　系統互操作性

　　任何情況下，在選擇電源開關時，都需要認真地考慮系統互操作性問題。例如，可攜式應用中使用電源開關啟用和關閉負載來優化功耗時，開關的控制輸入必須與通用、低電壓（1.8-V）的GPIO相容，這非常重要。另外，當關閉開關時，請確保開關的浮動輸出不影響系統性能。因此，一些用戶可能會在關閉時利用一個額外電晶體將電源開關輸出緊密接地，或者使用一個整合了這種下拉接地特性（如TPS22902）的整合型元件。

　　另一個重要的檢查點是設計穩定系統所使用的輸入和輸出電容。儘管通常不要求一個輸入電容來穩定一些市售的電源開關，但在輸入電源處連接一個0.1uF到1uF的低等效串聯電阻（ESR）電容，卻被認為是一種較好的類比設計方法。該電容可應對電抗性輸入源，并改善瞬態回應、雜訊及紋波抑制性能。根據開關的負載，您可能會考慮在開關的輸出端添加一些額外的儲能電容。如果開關沒有反向電流阻斷，則強烈建議使用大于輸出電容的輸入電容，否則輸入將會通過FET主體二極體被鉗位控制，從而使強大的電流從輸出端流到輸入端。

　　表1概括了電源開關在各種用途中需要考慮的重要特性。