什么是負(fù)載開(kāi)關(guān)

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)是一種用于控制電路中負(fù)載(如燈泡、電機(jī)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(kāi)關(guān)的定義、工作原理、分類和常見(jiàn)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(kāi)關(guān)是節(jié)省空間的集成式電源開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)可用來(lái)“斷開(kāi)”耗電量大的子系統(tǒng)(當(dāng)處于待機(jī)模式時(shí))，或用于負(fù)載點(diǎn)控制以方便電源排序。智能手機(jī)得到普及之后，人們創(chuàng)建了負(fù)載開(kāi)關(guān);由于手機(jī)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(kāi)關(guān)可解決這個(gè)問(wèn)題：將電路板空間歸還給設(shè)計(jì)人員，同時(shí)集成更多的功能。

　　負(fù)載開(kāi)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(guò)控制輸入信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的開(kāi)啟或關(guān)閉。負(fù)載開(kāi)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(kāi)關(guān)的應(yīng)用

　　負(fù)載開(kāi)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(gè)常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景：

　　1 照明控制

　　負(fù)載開(kāi)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(guò)使用負(fù)載開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的精確控制，包括開(kāi)關(guān)、調(diào)光和定時(shí)等功能，提高能源利用效率和舒適度。

　　2 家電控制

　　負(fù)載開(kāi)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(jī)、電視等家用電器中，通過(guò)控制負(fù)載的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的開(kāi)關(guān)和運(yùn)行狀態(tài)的控制，提供便利和節(jié)能的功能。

　　3 工業(yè)自動(dòng)化

　　在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，負(fù)載開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線和機(jī)械設(shè)備控制中。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、氣缸、傳送帶等負(fù)載的精確控制，協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)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(kāi)關(guān)在能源管理系統(tǒng)中起到重要作用。通過(guò)對(duì)負(fù)載的精確控制和調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)環(huán)境的影響。

　　5 電子通信

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

　　6 汽車(chē)電子

　　在汽車(chē)電子系統(tǒng)中，負(fù)載開(kāi)關(guān)扮演重要角色。它被應(yīng)用于車(chē)燈控制、電動(dòng)窗戶、空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等方面，通過(guò)對(duì)負(fù)載的精確控制，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛功能的正常運(yùn)行和駕駛安全。

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)的主要應(yīng)用

　　1.手機(jī)無(wú)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(duì)外供電通路

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)的工作原理

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)基于晶體管或繼電器等元件構(gòu)成。它通常由一個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端和一個(gè)控制端組成。工作時(shí)，當(dāng)控制端接收到足夠的控制信號(hào)時(shí)，負(fù)載開(kāi)關(guān)會(huì)使輸出端與輸入端連通，從而使負(fù)載得以開(kāi)啟;反之，當(dāng)控制信號(hào)不滿足條件時(shí)，負(fù)載開(kāi)關(guān)會(huì)使輸出端與輸入端斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的關(guān)閉。

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)主要指標(biāo)

　　1.輸入電壓范圍：負(fù)載開(kāi)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(cè)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(jī)功耗

　　5.限流值

　　6.反向保護(hù)

　　7.OTP

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)的分類

　　根據(jù)負(fù)載開(kāi)關(guān)的不同特性和應(yīng)用場(chǎng)景，可以將其分為多個(gè)分類。以下是幾種常見(jiàn)的負(fù)載開(kāi)關(guān)分類：

　　1 基于晶體管的負(fù)載開(kāi)關(guān)

　　基于晶體管的負(fù)載開(kāi)關(guān)是最常見(jiàn)的一種類型。它利用晶體管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)來(lái)控制負(fù)載的通斷?；诰w管的負(fù)載開(kāi)關(guān)具有高速、低功耗和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)關(guān)

　　基于繼電器的負(fù)載開(kāi)關(guān)使用電磁繼電器作為控制元件。當(dāng)輸入信號(hào)滿足要求時(shí)，電磁繼電器會(huì)吸合，使負(fù)載通電;當(dāng)輸入信號(hào)不滿足條件時(shí)，電磁繼電器釋放，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的斷電?；诶^電器的負(fù)載開(kāi)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(kāi)關(guān)

　　數(shù)字式負(fù)載開(kāi)關(guān)采用數(shù)字控制技術(shù)，通過(guò)微處理器或FPGA等芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的精確控制。它具有靈活性高、功能強(qiáng)大和可編程性等特點(diǎn)。數(shù)字式負(fù)載開(kāi)關(guān)常用于自動(dòng)化系統(tǒng)、通信設(shè)備和工業(yè)控制中。

　　4 模擬式負(fù)載開(kāi)關(guān)

　　模擬式負(fù)載開(kāi)關(guān)采用模擬電路設(shè)計(jì)，通過(guò)控制電壓或電流的變化來(lái)實(shí)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(cè)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(kāi)關(guān)及負(fù)載開(kāi)關(guān)的保護(hù)功能

　　1.電源配置

　　一個(gè)電源對(duì)多個(gè)子系統(tǒng)供電，靈活控制每個(gè)子系統(tǒng)。在每個(gè)子系統(tǒng)電源軌上串一個(gè)負(fù)載開(kāi)關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)負(fù)載的單獨(dú)控制;

　　2.上電時(shí)序控制

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

　　3.減小漏電流

　　一個(gè)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(shí)候，可以通過(guò)負(fù)載開(kāi)關(guān)切斷電源軌，減小漏電流，降低待機(jī)功耗;

　　4.ON使能引腳遲滯

　　邏輯開(kāi)啟電壓和邏輯關(guān)斷電壓有一個(gè)差值。這個(gè)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(gè)國(guó)值后，切斷電源軌;

　　6.過(guò)溫保護(hù)

　　芯片內(nèi)部溫度超過(guò)某個(gè)闕值，關(guān)斷開(kāi)關(guān)。溫度降低到某個(gè)國(guó)值后，芯片從新啟動(dòng);

　　7.浪涌電流控制

　　啟動(dòng)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(kāi)關(guān)集成軟啟動(dòng)功能可以解決這個(gè)問(wèn)題。部分負(fù)載開(kāi)關(guān)還可以根據(jù)應(yīng)用需要，設(shè)定輸出啟動(dòng)時(shí)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(guò)大，使主系統(tǒng)癱瘓。限流后，負(fù)載電流值恒定。

　　9.反向保護(hù)

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

　　10.過(guò)壓保護(hù)

　　負(fù)荷開(kāi)關(guān)和斷路器有什么區(qū)別

　　負(fù)荷開(kāi)關(guān)和斷路器都是用來(lái)閉合和切斷電路的電器，但是它們?cè)陔娐分兴鸬淖饔貌煌Ｆ渲袛嗦菲骺梢郧袛嘭?fù)荷電流和斷路電流，負(fù)荷開(kāi)關(guān)只可切斷負(fù)荷電流，短路電流 是由熔斷器來(lái)切斷的

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

　　2.斷路器的開(kāi)斷容量可以在制造過(guò)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(lái)保護(hù)。可具有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、漏電保護(hù)等功能。

　　負(fù)荷開(kāi)關(guān)只能夠在額定的負(fù)荷電流內(nèi)進(jìn)行操作，而且不帶有任何保護(hù)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(shí)還可以在開(kāi)斷事故電流當(dāng)中工作，對(duì)電路能夠起到保護(hù)作用，線路短路時(shí)，能夠快速切斷電流。

　　負(fù)荷電源開(kāi)關(guān)只能在額定值的負(fù)荷電流內(nèi)來(lái)操作，并且不含有一切保護(hù)系統(tǒng)和對(duì)策;而隔離開(kāi)關(guān)不僅還可以在額定值的負(fù)荷電流內(nèi)工作，同時(shí)也可以在開(kāi)斷安全事故電流之中工作，對(duì)電源電路可以起到保護(hù)功效，電路短路時(shí)，能夠迅速斷開(kāi)電流。

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)只能在沒(méi)有任何保護(hù)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(kāi)關(guān)事故電流中工作，可以保護(hù)電路。當(dāng)線路短路時(shí)，電流可以快速切斷。

　　斷路器可以帶負(fù)載開(kāi)關(guān)嗎?

　　因?yàn)閿嗦菲骶哂邪踩煽康臏缁⊙b置和快速通斷能力，所以它可以帶負(fù)載開(kāi)關(guān)

　　主要是負(fù)荷開(kāi)關(guān)不具備斷開(kāi)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(guò)載電流。

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

　　負(fù)載開(kāi)關(guān)基本電路?

　　功率MOSFET是一種具有良好開(kāi)關(guān)特性的器件：導(dǎo)通時(shí)其導(dǎo)通電阻RDS(ON)很小;在關(guān)斷時(shí)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(kāi)關(guān)。N溝道MOSFET可以組成最簡(jiǎn)單的負(fù)載開(kāi)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(dòng)機(jī)、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(gè)邏輯高電平，則N-MOSFET導(dǎo)通，負(fù)載得電;在其柵極加一個(gè)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(kāi)關(guān)從可以看出，負(fù)載開(kāi)關(guān)接是在電源與負(fù)載之間，用邏輯電平來(lái)控制通、斷，使負(fù)載得電或失電的功率器件。由于開(kāi)關(guān)在負(fù)載的下邊，一般稱為低端負(fù)載開(kāi)關(guān)。如果負(fù)載是一個(gè)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(kāi)關(guān)不能用，要采用高端負(fù)載開(kāi)關(guān)。高端負(fù)載開(kāi)關(guān)主要由P溝道MOSFET組成，如圖2所示。

　　2(a)是由一個(gè)P-MOSFET與一個(gè)反相器組成的，

　　2(b)是由一個(gè)P-MOSFET與一個(gè)N-MOSFET組成的。開(kāi)關(guān)在負(fù)載的上面，稱高端負(fù)載開(kāi)關(guān)。高端負(fù)載開(kāi)關(guān)(a)來(lái)說(shuō)明其工作原理。在反相器輸入端輸入邏輯高電平時(shí)，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(kāi)關(guān)在無(wú)控制信號(hào)輸入時(shí)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(kāi)關(guān)接負(fù)載電路如果在負(fù)載開(kāi)關(guān)與負(fù)載之間接了一個(gè)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(shí)，在負(fù)載開(kāi)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(guò)開(kāi)關(guān)管。為減小沖擊電流，在負(fù)載開(kāi)關(guān)中增加了C1及R2，如圖4所示。當(dāng)負(fù)載開(kāi)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(jì))，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(kāi)關(guān)基本電路負(fù)載開(kāi)關(guān)的基本電路。由于電路十分簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)的發(fā)展從負(fù)載開(kāi)關(guān)基本電路來(lái)看，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是缺少過(guò)