乍看上去負載開關(guān)有多種形式，包括可以用電路的板載邏輯驅(qū)動的分立 MOSFET;柵極驅(qū)動 IC 與分立 FET 相結(jié)合;以及集成控制器、柵極驅(qū)動和功率 MOS 器件。

PMOS 器件的高邊開關(guān)比 NMOS 器件更容易，盡管對于給定的器件尺寸和工藝技術(shù)，NMOS 在溝道電阻方面具有優(yōu)勢。

集成負載開關(guān)提供許多輔助功能，例如電流限制器、欠壓鎖定和熱保護。

功率轉(zhuǎn)換器很久以前就獲得了超過 90% 的效率，因此它們的性能只剩下增量改進，至少在 η 軸上是這樣。事實上，至少有一家分立功率半導(dǎo)體制造商吹捧了一種新產(chǎn)品，該產(chǎn)品能夠提供近 1% 的更高轉(zhuǎn)換器效率。當(dāng)我們在這樣的公告后試圖讓我們的心跳平靜下來時，請記住我們的轉(zhuǎn)換器僅在滿載電流下實現(xiàn)其規(guī)定的效率 - 這種情況與平均 工作條件幾乎沒有相似之處。

監(jiān)管機構(gòu)同樣受到限制。例如，低壓差穩(wěn)壓器可以達到多低有助于確定在哪里設(shè)置電池供電設(shè)備中的充電壽命終止點或公用事業(yè)供電系統(tǒng)中的低壓線路限制——這兩者都是重要的設(shè)計因素。但與低調(diào)節(jié)器開銷一樣有益，它們并不能減輕我們在平均電源電壓下計算的額外功耗 ——在高壓線條件下更是如此。

從這個角度來看，最小化系統(tǒng)功耗不僅僅意味著降低電壓降。這也意味著最小化電流。然而，對于一組給定的特性、制造技術(shù)和性能標準，我們可能會發(fā)現(xiàn)降低功能工作電流的能力也會迅速增加。因此，更準確地說，最小化系統(tǒng)功耗意味著最小化浪費 的電流。最近的封裝和設(shè)備設(shè)計趨勢鼓勵設(shè)計人員越來越多地將負載開關(guān)轉(zhuǎn)向僅在需要時為功能提供電源，而不是為每個功能都專門配備一個穩(wěn)壓器。

削尖你的鑷子

三個趨勢標志著用于負載開關(guān)的分立功率 FET 的最新發(fā)展： 更多器件采用小塑料和 CSP(芯片級封裝)外形尺寸。更多的組裝商通過他們的取放、回流和檢查過程獲得了合格的 CSP BGA(球柵陣列)。PMOS 溝道電阻已在適當(dāng)程度上接近 NMOS 的電阻，以實現(xiàn)高效的高端開關(guān)。在我們可以提供自己的控制信號的情況下，這些趨勢的結(jié)合導(dǎo)致了最緊湊的負載開關(guān)。

積極開發(fā)分立功率 MOSFET 器件和封裝技術(shù)的公司包括 International Rectifier 和 Fairchild Semiconductor。International Rectifier 的 20V、5.1A IRF6100 PMOS 器件在 –4.5VV GS 時的通道電阻為 65 mΩ，在 –2.5VV GS時上升至 95 mΩ 。在邊長僅超過 1.5 mm 的四球 CSP 中，35 美分 (1000) IRF6100 在 70°C 時提供 3.5A 的最大連續(xù)漏極電流)。

Fairchild Semiconductor 售價 1.02 美元 (1000) 的 FDZ204P 遠非 2×2 mm 厚實，在 –4.5 和 –2.5VV GS下將 20V、4.5A PMOS 的溝道電阻分別降至 45 和 75 mΩ。在針對測試條件的差異調(diào)整了數(shù)據(jù)表中規(guī)定的最大值后，其 13nC 柵極電荷比 IRF6100 低約 20%。Fairchild 將 FDZ204P 封裝在 12 球 BGA 中。

即使導(dǎo)通電阻為毫歐，這些小型 CSP 也需要在我們的熱設(shè)計中加以考慮——考慮到熱阻 R θJB (結(jié)到球)和 R θJC (結(jié)到外殼)，這是一個令人驚訝的事實。例如，F(xiàn)airchild 指定其 FDZ204P 具有典型的 11°C/WR θJB 和 1°C/WR θJC。但是結(jié)到環(huán)境的額定值 R θJA是最終決定結(jié)溫升的數(shù)字，基于 1 英寸固定在 67°C/W。FR-4 印刷電路板上的 2 個2 盎司銅安裝墊，側(cè)面尺寸為 1.5 英寸。

我們可以從這些熱規(guī)范中得出三個推論。首先，PC 板的特性以及部件與電路板之間的熱界面限制了熱設(shè)計，而不是 CSP 的內(nèi)部熱特性。我們的 pc 布局設(shè)計需要同時解決熱和電氣要求。其次，大電流的熱效應(yīng)——即使是通過小的通道電阻——會遠遠超出 CSP 的周邊。在密集設(shè)計中，一定數(shù)量的銅工藝可以幫助減輕與附近組件的熱傳遞。然而，即使是巧妙的布局也可能會使附近的組件留下局部熱源。最后，對于給定的器件，如果我們的應(yīng)用需要大量靜態(tài)漏極電流，那么確保固態(tài)柵極驅(qū)動器是最簡單的散熱方法。

不用說，布局問題不僅限于 CSP 設(shè)計。SMT 零件還依賴于它們的引線和印刷電路板將熱量從它們的芯片中傳導(dǎo)出去。大多數(shù)設(shè)備使用冗余觸點來降低熱阻和電阻，并且它們的性能規(guī)格取決于那些共享大型不間斷銅平面的觸點。但是請記住，在我們的這部分布局中缺少必要的散熱功能會使電路板的返工更加困難，因此在我們的設(shè)計審查期間將甜甜圈放在制造經(jīng)理面前。