在短短五年內(nèi)，可穿戴設(shè)備已經(jīng)從本質(zhì)上不存在變成了日常生活中不可或缺的一部分。隨著這些設(shè)備的不斷普及，它們的功能集也變得更加多樣化。最初是一種跟蹤步數(shù)的簡單方法，現(xiàn)在變成了一個(gè)腕戴式數(shù)據(jù)中心，可以聆聽每一次心跳并分析每封電子郵件。這些復(fù)雜的特性意味著工程師面臨額外的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

在設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備時(shí)，我們必須考慮許多要求，包括尺寸、成本和性能。在這篇文章中，我將重點(diǎn)討論集成負(fù)載開關(guān)可以解決的兩個(gè)問題：

· 最大限度地減少子系統(tǒng)和其他組件的泄漏電流。

· 保護(hù)系統(tǒng)免受浪涌電流和其他電流尖峰的影響。

如何最小化子系統(tǒng)和其他組件的泄漏電流

可穿戴設(shè)備面臨的最大挑戰(zhàn)之一是它們的小尺寸。這不僅使布局變得困難，而且由于電池的尺寸受到限制，因此提出了更大的問題。為了延長電池壽命，設(shè)計(jì)人員必須考慮系統(tǒng)中的每一個(gè)泄漏源。最大的泄漏通常來自子系統(tǒng)，例如藍(lán)牙® 電路或心率監(jiān)測信號鏈，它們僅在某些操作模式下開啟。即使在禁用時(shí)，DC/DC 和線性穩(wěn)壓器 (LDO) 等電路也會出現(xiàn)高泄漏。通過在子系統(tǒng)和電源之間插入TPS22915等小型負(fù)載開關(guān)，我們可以顯著降低泄漏電流（圖 1）。

圖 1：使用和不使用負(fù)載開關(guān)的漏電流比較

此外，TPS22915還集成了快速輸出放電 (QOD)，可在開關(guān)關(guān)閉時(shí)將輸出接地。這保證了下游子系統(tǒng)或附加電路完全關(guān)閉，從而導(dǎo)致可能的最低泄漏。

如何保護(hù)系統(tǒng)免受浪涌電流和其他電流尖峰的影響

隨著客戶對新功能的需求以及設(shè)計(jì)師被迫降低成本和節(jié)省電路板空間，很容易將保護(hù)放在低優(yōu)先級。但是，通過在我們的設(shè)計(jì)中使用集成負(fù)載開關(guān)，我們可以添加針對浪涌電流和其他電流尖峰事件的保護(hù)。

浪涌電流控制是可穿戴設(shè)備的常見問題。打開子系統(tǒng)時(shí)，輸入軌可能會因快速充電的負(fù)載電容而下降（圖 2）。所有TI 負(fù)載開關(guān)都通過控制負(fù)載開關(guān)輸出電壓的上升時(shí)間和限制浪涌電流來解決此問題，以確保子系統(tǒng)在輸入軌上看到受控電流（圖 3）。

圖 2：開啟子系統(tǒng)的浪涌電流

圖 3：負(fù)載開關(guān)提供的壓擺率控制

此外，TI 負(fù)載開關(guān)（例如TPS22946）還包含電流限制等保護(hù)功能。

TPS22946是一種超低功率負(fù)載開關(guān)，在高電流條件下為系統(tǒng)和負(fù)載提供保護(hù)。該器件包含一個(gè)300-mΩ限流P溝道MOSFET，可在1.62 V至5.5 V的輸入電壓范圍內(nèi)工作。開關(guān)由一個(gè)on/off輸入（on）控制，該輸入可直接與低壓控制信號接口。TPS22946包括熱關(guān)機(jī)保護(hù)，當(dāng)連續(xù)過電流條件通過關(guān)閉開關(guān)導(dǎo)致過熱時(shí)，可防止設(shè)備損壞。
當(dāng)開關(guān)電流達(dá)到最大限值時(shí)，TPS22946以恒流模式工作，以防止過大電流造成損壞。可使用CL輸入選擇電流限制：高CL輸入將電流限制設(shè)置為155 mA，低CL輸入將電流限制設(shè)置為70 mA，浮動CL輸入將電流限制設(shè)置為30 mA。
如果10 ms后恒流條件依然存在，則開關(guān)將關(guān)閉，故障信號引腳腳（OC）拉低。TPS22946具有自動重啟功能，如果on引腳仍處于激活狀態(tài)，該功能可在70 ms后再次打開開關(guān)。如果TPS22946在過流狀態(tài)下保持5秒鐘，則該設(shè)備將關(guān)閉，直到通過將on控制信號設(shè)置為off然后on再次打開。
如果該裝置用于保護(hù)LDO，在某些情況下，LDO在啟動時(shí)所需的浪涌電流可能超過電流限制，并啟動消隱（限流）條件。TPS22946通過在負(fù)載開關(guān)啟用后將電流限制臨時(shí)增加至435 mA并持續(xù)8 ms，在LDO啟動期間為這種情況提供余量。
TPS22946采用節(jié)省空間的6引腳DSBGA（YZP）封裝。該裝置的特點(diǎn)是可在-40°C至85°C的自由空氣溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。

限流可確保向系統(tǒng)提供恒定電流，盡管存在任何可能被子系統(tǒng)或某些外部電路拉動的過大電流。這對于使用 USB 作為電池充電源的設(shè)備尤其重要。 

在我們的設(shè)計(jì)中添加集成負(fù)載開關(guān)可以通過減少泄漏電流來延長設(shè)備的電池壽命，并且可以通過防止電流尖峰來提高可靠性。借助 TI 負(fù)載開關(guān)，我們可以在對電路板空間或成本影響最小的情況下獲得這些優(yōu)勢。立即開始將負(fù)載開關(guān)集成到我們的設(shè)計(jì)中，并在下方查看我們的其他資源！