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在無線技術(shù)飛速發(fā)展的今天,從智能手機(jī)到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,再到通信基礎(chǔ)設(shè)施,各種無線應(yīng)用子系統(tǒng)在人們的生活和工作中扮演著越來越重要的角色。然而,隨著功能的日益豐富,如何有效管理這些子系統(tǒng)的功耗成為了一個亟待解決的問題。特別是在便攜式設(shè)備中,如何在保證性能的同時,降低功耗、延長電池續(xù)航時間,是制造商和設(shè)計師們共同面臨的挑戰(zhàn)。本文將介紹一款可簡化無線應(yīng)用子系統(tǒng)負(fù)載管理的簡單、快速解決方案——集成負(fù)載開關(guān),并詳細(xì)闡述其應(yīng)用與優(yōu)勢。
【2024 年 6 月 6 日美國德州普拉諾訊】Diodes 公司 (Nasdaq:DIOD) 宣布擴(kuò)展廣受歡迎的 DML30xx 智能負(fù)載開關(guān)系列。此次推出四款新產(chǎn)品:DML3008LFDS、DML3010ALFDS、DML3011ALFDS 與 DML3012LDC,可針對 0.5V 至 20V 的電源軌實(shí)現(xiàn)大電流 (10.5A 至 15A) 電源域 (Power Domain) 開關(guān)控制。通過一系列嵌入式功能,這些器件可以高效應(yīng)對有關(guān)微控制器、顯卡、ASIC、FPGA 與存儲芯片供電的各方面需求。這些器件非常適用于滿足服務(wù)器、計算硬件、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)關(guān)、固態(tài)硬盤、筆記本電腦、平板電腦、工業(yè)設(shè)備、可熱插拔設(shè)備以及外設(shè)端口的電源管理需求。
小尺寸和一流的效率使其成為物聯(lián)網(wǎng)、移動和可穿戴電子產(chǎn)品的理想選擇
采用超緊湊型DFN2020(D)-6封裝,并集成BJT和電阻,加倍節(jié)省空間
精準(zhǔn)控制功耗,具備超強(qiáng)系統(tǒng)安全性。
柵極控制塊或電平轉(zhuǎn)換塊控制 MOSFET 的 V?G?以將其打開或關(guān)閉。門控的輸出直接由它從輸入邏輯塊接收的輸入 決定。 在導(dǎo)通期間,柵極控制的主要任務(wù)是對 EN 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,以產(chǎn)生高(N 溝道)或低(P 溝道)V G 以使開關(guān)完全導(dǎo)通。類似地,在關(guān)斷期間,柵極控制產(chǎn)生低(N 溝道)或高(P 溝道)V G 以將開關(guān)完全關(guān)斷。
高端負(fù)載開關(guān)及其操作仍然是許多工程師和設(shè)計師的熱門選擇,適用于電池供電的便攜式設(shè)備,例如功能豐富的手機(jī)、移動GPS設(shè)備和消費(fèi)娛樂小工具。本文采用一種易于理解且非數(shù)學(xué)的方法來解釋基于 MOSFET 的高側(cè)負(fù)載開關(guān)的各個方面,并討論在整個設(shè)計和選擇過程中必須考慮的各種參數(shù)。
乍看上去負(fù)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。
On Semiconductor 提供的 P 溝道 MOSFET 在電氣上類似于 International Rectifier 和 Fairchild Semiconductor 的部件,但安裝在公司的無引線 ChipFET 封裝中。這些部件的面積為 122×80 mil,與 1206 無源器件或 TSSOP-6 IC 的面積大致相同。例如,25 美分 (10,000) NTHS5441 是一款 20V、3.9A 器件,具有相當(dāng)?shù)耐ǖ离娮瑁涸?–4.5VV GS時最大為 55mΩ –2.5V 時為 83 mΩ。
具有集成功率 FET 的單芯片驅(qū)動器提供多種輔助功能,例如固定或可變壓擺率控制、過流保護(hù)和欠壓鎖定。這些所謂的智能開關(guān)通常安裝在比單獨(dú)的 FET 稍大的封裝中,如果我們使用分立器件實(shí)現(xiàn)它們,它們提供的功能往往是“部分”的。但是,與單獨(dú)的驅(qū)動器和 FET 不同,使用智能開關(guān),我們需要將控制屬性和額定功率正確組合在一個部件中。
MOSFET 被用作負(fù)載開關(guān)的次數(shù)超過了在任何其他應(yīng)用中的使用量,一次數(shù)量為數(shù)億個。我可能應(yīng)該從我在這里定義“負(fù)載開關(guān)”的確切方式開始。為了這篇文章的緣故,考慮負(fù)載開關(guān)任何小信號 FET,其在系統(tǒng)中的唯一功能是將一些低電流 (
在短短幾年內(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)計挑戰(zhàn)。
對于最終用戶來說,打開電子設(shè)備很簡單;只需按一下按鈕。然而,創(chuàng)造流暢的通電體驗(yàn)需要付出很多努力。過快開啟系統(tǒng)可能會通過不受控制的大浪涌電流尖峰導(dǎo)致電源故障。對于基于微處理器或 FPGA 的應(yīng)用,正確的操作需要特定的電源軌排序要求。有時最好在啟用下游電路之前等待某些子系統(tǒng)上電。使用負(fù)載開關(guān)管理設(shè)備電源排序可以為最終用戶提供流暢的開機(jī)體驗(yàn)。 像蠟燭一樣,功率MOSFET(功率場效應(yīng)晶體管)是切換負(fù)載最常見的方式,其四周圍繞著眾多分立電阻器與電容器(以及用于控制功率MOSFET的雙極結(jié)型晶體管(BJT)/第二個場效應(yīng)晶體管)圍繞的功率MOSFET)。但在多數(shù)情況下,使用全面集成的負(fù)載開關(guān)具有更顯著的優(yōu)點(diǎn)。
低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 能否成為良好的負(fù)載開關(guān)?這不就像把一個圓釘放在一個方孔里嗎?嗯,是的,但是如果滿足以下兩個或三個條件,LDO 可能是一個不錯的選擇: