Самовывоз с нашего склада:
По адресу: Московская область, Люберецкий район, п. Томилино, мкр. Птицефабрика, стр. лит. А, офис 109. Мы есть на Яндекс.Карты.

Доставка до двери
Осуществляется курьерской службой или транспортной компанией (на Ваш выбор).
Мы работаем с ведущими транспортными компаниями и доставляем заказы во все регионы России и Казахстана.

Доставка до терминала
Транспортной компании в Москва – БЕСПЛАТНО.

Переключатель нагрузки OptiSwitch DI-C2-200-3P КЭАЗ 275551

Модульный выключатель нагрузки — отличия от автомата, как выбрать и где установить

Наверняка многие из вас пользовались автоматическими выключателями. Проблем включить-выключить свет с помощью таких выключателей не возникало. Но вы должны знать, что в первую очередь автоматические выключатели создавались не для частых коммутационных операций, а для защиты эл.проводки и токоприемников от сверхтоков.

Роль обыкновенного рубильника, т.е разрывание цепи — это второстепенная задача автоматического выключателя.

И если вы злоупотребляете частыми отключениями с помощью автоматов, в особенности не отключив из розеток нагрузку, внутри автомата происходит постепенное выгорание контактов.

Контакты в конечном итоге подгорят и почернеют, потеряв свою номинальную пропускную способность. В итоге через некоторое время, автоматический выключатель вам придется менять. Если вы этого не сделаете, очередное короткое замыкание может привести к воспламенению самого автомата.

Поэтому для повышения безопасности электрощитков и надежности электроснабжения и были разработаны выключатели нагрузки.

Внешний вид и устройство

Размером и формой он аналогичен автоматическим выключателям. Отличить его можно по надписи на лицевой стороне выключатели. Вместо надписи ВА, будет написано ВН (или ВМ-Р(рубильник).

Модульный выключатель нагрузки может быть как одно, так и 4-х полюсным. Выпускается он на токи от 16А до 125А.
Основное значение выключателей нагрузки — оперативные коммутации, т.е. процесс включения-выключения номинальных токов в отходящей цепи. Внутри установлен мостиковый контакт, с большей площадью и большей силой прижимания чем у обычных автоматов.

Использование модульных выключателей нагрузки в распредщитке с точки зрения безопасности, является правильным решением.

Заводы изготовители автоматических выключателей обычно указывают, что автомат предназначен для не частых коммутаций, как правило не более шести раз в час.

Поэтому, если вам сначала монтируют распредщиток, а затем происходит сам ремонт, обязательно позаботьтесь об установке в щитовой выключателя нагрузки.

Вот сравнительные характеристики ресурса электрических отключений обычного автомата и выключателя нагрузки марки ИЭК. Как видно из данных, выключатель нагрузки здесь выигрывает почти в 2 раза.

Обратите внимание что выключатели при эксплуатации в домашних условиях не ремонтопригодны.

Если с модульным устройством произошла какая-то проблема и выявился дефект, не старайтесь их разобрать и починить самостоятельно. Так что если обнаружили неисправность на ВН-рубильнике или автомате, меняйте их на другие.

Как выбрать выключатель нагрузки-мини рубильник

Если у вас уже установлен вводной автомат, для выбора выключателя нагрузки ориентируйтесь прежде всего на его номинальный ток. Номинал выключателя нагрузки рекомендуется выбирать либо равным номинальному току автомата, либо на ступень больше. При этом следует не забывать что нам диктуют правила.

Так согласно ГОСТ 32397-2013  минимальный ток вводного устройства должен быть не менее 40А.

Руководствуясь этим, приобретайте в магазине аппараты от 40А и выше, тем более что в цене они не слишком отличаются от своих «меньших собратьев». Ну а располагаться выключатель нагрузки должен однозначно до вводного автомата, а еще лучше до самого прибора учета.

Некоторые электрики используют зачастую схему электрощитка даже без вводного автоматического выключателя. Это также разрешается, если вы грамотно защитили отходящие линии отдельными автоматами. В этом случае на вводе монтируется просто один выключатель нагрузки.

Плюс такой схемы не только в экономии, но и в селективности. При замыкании в проводке, у вас уже одновременно не отключится и ввод (погасив всю квартиру, что зачастую бывает при больших токах КЗ) и автомат группы.

Преимущества использования выключателя нагрузки

1. минимальная вероятность повреждения изоляции дугой, даже при долгом использовании или загрязнении, за счет специальной конструкции с двойным разрывом цепи
2. небольшая стоимость
3. увеличенная электрическая износостойкость
4. допускается эксплуатация при умеренных перегрузках

Статьи по теме

Что такое выключатели нагрузки и зачем они нужны?

В принципе мини-рубильники и выключатели нагрузки это одно и тоже. Они свободно продаются в магазинах, но пользуются меньшим спросом, чем автоматические выключатели. Мини-рубильники представляют собой устройства, которые используются для коммутации (включения — отключения) цепей под нагрузкой. Они изготавливаются в модульном исполнении и по внешнему виду похожи на обычные автоматы.

Часто задают вопрос: «Зачем нужны мини-рубильники и выключатели нагрузки?» Тем более они стоят намного дороже тех же самых автоматических выключателей. Давайте тут попробуем разобраться с этим вопросом.

Что такое выключатель нагрузки?

Это устройство, которое позволяет быстро произвести включение или отключение какой-либо цепи, находящейся под нагрузкой.

Выключатели нагрузки имеют усиленные контакты, срок службы которых намного превышает срок службы контактов простых автоматов. Это необходимо для возможности безопасного обесточивания линии, которая находится под нагрузкой. Если отключать нагрузку обычным автоматическим выключателем, то дуга, которая образуется при разрыве цепи, со временем может спровоцировать слипание контактов. Поэтому обычные автоматы нельзя использовать для включения-отключения нагрузки. Они нужны для защиты электропроводки при возникновении не штатной ситуации в защищаемой ими цепи электропитания.

Также некоторые модели выключателей нагрузки имеют двойной разрыв контакта, что позволяет гарантировать полное обесточивание отключаемой линии.

Для того чтобы можно было убедиться визуально, что контакты мини-рубильника разорвались, на некоторых моделях есть специальное смотровое окошко. Через него видно в каком состоянии (замкнутом или разомкнутом) находятся контакты рубильника.

Например, это реализовано у фирмы TDM. Тут окошко находится над ручкой управления. Также в таких моделях реализована функция защиты от случайного отключения или включения мини-рубильника. На передней модели есть подобие винта под шлицевую отвертку, который обозначен на корпусе «Блок — 100А». Например, отключили такой выключатель нагрузки, повернули отверткой болт «Блок-100А», таким образом заблокировали ручку управления и пошли смело работать. Для того чтобы обратно включить этот рубильник необходимо снять ручку с заблокированного положения.

Примером мини-рубильников в старом исполнении могут служить пакетные выключатели, которые стоят перед электросчетчиками в этажных распределительных щитах.

Какие бывают выключатели нагрузки?

Они бывают 1,2,3 и 4-х полюсные. Выбирать стоит в зависимости однофазная или трехфазная у вас сеть и нужно ли рвать ноль рубильником. Устанавливаются такие выключатели нагрузки на стандартную DIN-рейку. Это очень удобно, так как их можно ставить в любых распределительных щитках.

По номиналу тока мини-рубильники подразделяются так же как и автоматы. Это на 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125А.

Запомните, что выключатель нагрузки не защищает от короткого замыкания и перегрузки. Поэтому линию необходимо защищать автоматическим выключателем. Выбирать их нужно так: номинал рубильника должен превышать на одну или две ступени номинала автомата. Автоматическому выключателю требуется до одного часа, чтобы отключить перегруженную линию на 45%. За это время контакты мини-рубильника того же номинала что и автомата начнут греться. Что не совсем будет хорошо.

Как отличить выключатель нагрузки от автоматического выключателя?

Внешне мини-рубильники похожи на автоматы, поэтому нужно уметь их различать. Обычно выключатель нагрузки маркируется на корпусе буквами «ВН». Также у мини-рубильника более массивная усиленная ручка управления, что сразу бросается в глаза.

Где можно использовать выключатели нагрузки?

Итак, мы разобрались, что представляют собой выключатели нагрузки. Осталось понять нужно ли переплачивать, покупая их ,и где их нужно ставить?

Расскажу на простом примере. Допустим стоит главный вводной автомат в вашем распределительном щитке, в который вы имеете доступ. Еще обычно в на первом этаже, в подвале или еще где-нибудь стоит распределительный шкаф, где происходит распределение электропитания на разные стояки или квартиры. Он закрыт на ключ и сюда доступ имеет местный электрик.

Например, произошло короткое замыкание. От КЗ очень часто помимо группового автомата срабатывают и вышестоящие. Если в закрытом щитке распределение происходит с помощью автоматических выключателей, то есть большая вероятность, что здесь его тоже выбьет.

Обратно включить автоматы в своем щитке вы сможете, а вот чтобы включить их в шкафу закрытым на ключ вам придется искать местного электрика, чтобы он открыл шкаф. А что делать если это произошло поздно вечером, в выходные или в праздничные дни? В это время можно не дозвониться до электрика.

Выключатели нагрузки или мини-рубильники нужно ставить там, где происходит распределение электропитания на разные квартиры. Также их стоит устанавливать рядом с промышленным электрооборудованием. Например, около сверлильного станка, наждака, токарного станка и т.д. Мини-рубильник тут нужен для экстренной остановки электрооборудования, например когда вместе со сверлом начнет вращаться заготовка или что-то зажует в станок.

А в вашем доме стоят выключатели нагрузки?

Улыбнемся:

Табличка на двери трансформаторной будки.
“Не влезай! Убью! Электрик”.

Выключатель нагрузки внутренней установки с воздушной изоляцией NAL/NALF — Выключатели и разъединители внутренней установки среднего напряжения (Выключатели нагрузки, разъединители и подвесные переключатели среднего напряжения)

Выключатели NAL/NALF имеют компактную модульную конструкцию и большие функциональные возможности. Номинальное напряжение – до 36 кВ, номинальный ток – до 1250 A.

Выключатели-разъединители NAL/NALF представляют собой весьма привлекательное решение для применения в ячейках распределительных устройств и компактных распределительных подстанций. В сочетании с токоограничивающими плавкими предохранителями CEF они обеспечивают надежную работу в широком диапазоне токов перегрузки. Их легко можно оснастить такими дополнительными принадлежностями как независимый расцепитель, вспомогательные контакты, моторный привод и различные системы для ручного управления.

Параметры
Выключатели-разъединители МЭК/ANSI и выключатели-предохранители до 38,5 кВ для внутренней установки

Основные характеристики

• Большое количество операций отключения при номинальном токе
• Компактные размеры для установки в ячейку и в комплектные трансформаторные подстанции
• Ток термической стойкости до 31,5 кА
• Заземлитель с включающей способностью
• Большой диапазон рабочих температур
• Видимый изолирующий зазор

Основные преимущества    

• Возможность использования для частых переключений
• Способность выполнять включение при больших токах КЗ совместно с токоограничивающими предохранителями
• Полный диапазон защит в сочетании с токоограничивающими предохранителями CEF/CEF-S
• Безопасное и надежное решение для прерывания токов короткого замыкания
• Экономичное решение для защиты трансформаторов
• Продукт, готовый к применению в интеллектуальных сетях 
  

Переключатели нагрузки. Цены на ручные переключатели нагрузки. Ввод резерва

Переключатели нагрузки применяются для ручного переключения коммутируемой нагрузки в цепи или переключения потребителя с основного источника питания на резервный, например электрогенератор или ИБП. Поэтому, переключатель нагрузки может называться перекидным рубильником или ручным переключателем ввода резерва.

Переключатель нагрузки может быть в нескольких вариантах

Двухпозиционный переключатель нагрузки «1-2»

Трехпозиционный переключатель нагрузки «1-0-2»

Если при схеме «1-2» потребитель постоянно подключен к одному из 2 источников питания, то, используя трехпозиционный переключатель нагрузки, потребитель может быть обесточен от 2-х источников питания одновременно (это удобно для проведения ремонтных работ).

Также в зависимости от типа сети и необходимости отключения нейтрали, различают переключатели нагрузки 1-2-3-4-х полюсные. Например, для переключения на резервный бензогенератор, обязательно необходимо, чтобы нейтраль генератора и нейтраль основного источника питания были гальванически развязаны между собой.

Конструктивно переключатели нагрузки могут быть модульного исполнения для крепления на монтажную DIN-рейку в модульный щит. Такие малогабаритные переключатели выпускаются с номинальным рабочим током до 125А.

Для коммутации электрических нагрузок с номинальным током от 160А до 3150А в распределительных устройствах и электрических шкафах применяются крупногабаритные переключатели нагрузки.

Дополнительные аксессуары решают задачи управления и автоматизации ПН.

Необходимо отметить, что переключатели нагрузки не имеют теплового и электромагнитного расцепителя, Для защиты от токов короткого замыкания и перегрузок в цепях применяют автоматические выключатели.

Выключатель нагрузки и автомат в чем разница

Некоторые пользователи электроэнергии, покидая помещение, обесточивают его, щелкая рычажками вводных автоматов на электрическом щитке. Согласитесь, это позволяет чувствовать себя намного увереннее, например, покидая рабочее место в конце дня, таким образом, отключают нагрузку, иногда это даже выделено отдельным пунктом в должностной инструкции. Однако стоит ли это делать, рассмотрим ниже. Ответ на поставленный вопрос однозначен – конечно, нет! Обесточивание электрической цепи обычным автоматическим выключателем, возможно, но оно не предусмотрено:

• назначением самого автомата, который срабатывает при перегрузках или от токов КЗ;
• ограниченным ресурсом (количеством циклов срабатывания).

Зачастую цепь отключают при работе электрических приборов и дуга, возникающая в момент разрыва контактов, способствует их подгоранию. Нагрузку отключают с помощью специального коммутационного устройства – выключателя нагрузки (ВН), аналога древнего рубильника, который так и называют «мини-рубильником».

Устройство выключателя нагрузки, особенности выбора и подключения

Выключатель нагрузки представляет собой обыкновенный модульный выключатель, выполненный в корпусе аналогичном автоматическому выключателю и производящий коммутацию электрических линий вручную. Внутри корпуса предназначенного для установки на DIN-рейку расположена мощная контактная группа с одинарным или двойным разрывом цепи. Контактные группы в модульных выключателях рассчитаны на коммутацию номинальных токов от 16 до 125 А (9 ступеней). Ресурс контактов модульных выключателей нагрузки значительно превышает аналогичный показатель автомата и составляет не менее 10 тыс. циклов.

По количеству коммутируемых линий выключатели нагрузки выпускаются 1, 2, 3 и 4-х полюсными. Это позволяет их использовать в любых схемах электрической сети с номинальным напряжением 230/400 В:

• однофазной;
• трехфазной;
• с разрывом нулевого провода;
• без разрыва нуля.

В зависимости от производителя, корпуса выключателей нагрузки могут быть глухими, а могут быть оснащены прозрачным окошком, позволяющим визуально определять положение контактных групп. Кроме того они оснащены блокировкой, которая предотвращает возможность его случайного включения.

Выбор выключателя нагрузки производится согласно номиналу вводного автомата, лучшим вариантом будет, если номинальный ток ВН будет на 1 – 2 ступени выше номинала автоматического выключателя. К примеру, при 40-ка амперном автомате лучше использовать выключатель номиналом 63А.

Поскольку в выключателях нагрузки токовая защита не предусмотрена использовать их следует только последовательно с автоматикой защитного отключения, в цепи входных или дифференциальных автоматов. Допускается установка ВН перед счетчиком электроэнергии.

Отличия ВН от автомата

Теперь мы видим разницу между выключателями нагрузки и вводным автоматом. Наверно проще говорить о сходствах, поскольку их объединяет всего лишь внешний вид. Но и здесь имеются отличия:

• мини-рубильник имеет более мощный рычаг;
• на корпусе приведена аббревиатура «ВН» с указанием номинального тока;
• нанесена схема включения.

Кроме того в сравнении с автоматом коммутатор нагрузки имеет:

• более мощные контактные группы, рассчитанные на высокие нагрузки, превышающие ограничения автоматикой;
• повышенную износоустойчивость;
• менее подвержены разрушительному воздействию дуги.

Применение этого устройства позволит корректно отключать нагрузку и продлит жизнь автоматике.

Смотрите также другие статьи :

Что такое переключатель нагрузки? | Основы электроники

Выключатель нагрузки — это электронный компонент, не имеющий движущихся частей, который работает как реле. Как правило, два полевых МОП-транзистора действуют как переключающий элемент, один из которых является N-канальным устройством, а другой — P-канальным устройством.

Ниже мы рассмотрим, когда этот переключающий элемент включен или выключен, и что это влечет за собой.

Пусковой ток при включенном переключателе нагрузки

Когда переключатель нагрузки (Q1 на схеме ниже) включен, временно протекает большой ток, намного превышающий установившийся ток.Если заряд конденсатора близок к нулю, тогда возникает большой бросок тока, напряжение подается на выход Vo, что приводит к мгновенному и большому заряду в протекании тока. Этот чрезмерный ток часто называют пусковым током.

Пик пускового тока в значительной степени определяется входным напряжением Vi, Rds (on) полевого МОП-транзистора Q1 и ESR емкости нагрузки CL на стороне нагрузки и увеличивается вместе с входным напряжением Vi. Чрезмерно большой пусковой ток может вызвать сбои или неисправности системы.Превышение максимального номинального тока также может привести к разрушению.

Однако, добавляя конденсатор C2 параллельно резистору R1, подключенному между затвором и базой полевого МОП-транзистора Q1, можно замедлить снижение напряжения затвора, что постепенно уменьшит Rds (вкл.) И подавит пусковой ток.

Противодействие пусковому току (когда переключатель нагрузки N-канального МОП-транзистора включен)

Nch MOSFET Переключатель нагрузки: RSQ020N03

Vin = 5 В, Io = 1 А, Q1_1G = 1 В? 12 В

• Переключатель нагрузки Q1 включен, когда Q2 выключен (напряжение затвора Q1 будет больше, чем Vo (Q1 Vgs))
• Переключатель нагрузки Q1 выключен, когда Q2 включен
• В качестве контрмеры добавлен C2 для минимизации пускового тока при включении Q1

Нч

Обратный ток при выключении переключателя нагрузки

Даже когда переключатель нагрузки Q1 переключается с ВКЛ на ВЫКЛ, напряжение на выходе Vo будет оставаться в течение определенного периода времени в зависимости от емкости CL нагрузки на выходной стороне.

Если напряжение на Vi ниже, чем Vo, обратный ток может течь с выхода Vo на вход Vin через паразитный диод, образованный между стоком и истоком полевого МОП-транзистора Q1. Убедитесь, что номинальный ток полевого МОП-транзистора Q1 никогда не превышается ни при каких обстоятельствах. Кроме того, при определении значения емкости входного шунтирующего конденсатора CIN следует учитывать время нарастания с учетом условий нагрузки.

7 веских причин, почему вам следует использовать встроенные выключатели нагрузки

Загрузите эту статью в формате PDF.

Выключатель нагрузки — это просто выключатель, механический или электронный, который подключает или отключает нагрузку от стороны высокого напряжения источника питания. Настенный выключатель света — это выключатель нагрузки. Любой выключатель на приборе или электронном продукте является выключателем нагрузки. Реле может быть переключателем нагрузки.

Однако переключатель нагрузки — это также небольшой электронный переключатель, который используется во многих продуктах для настройки и управления распределением энергии. Вы можете сделать переключатель нагрузки с дискретными компонентами, но использование полностью интегрированного переключателя нагрузки IC дает значительные преимущества.В этой статье представлен вариант, о котором вы, возможно, не знали.

Концепция переключателя нагрузки

На рисунке 1 показана простая идея переключателя нагрузки, в котором источник питания подает напряжение на одну или несколько нагрузок. Переключатели управляются блоком микроконтроллера. Источником обычно является постоянный ток, но возможен и источник переменного тока. Для постоянного и переменного тока используются разные типы переключателей нагрузки — здесь мы сосредоточимся на переключателях нагрузки постоянного тока.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f4f6d5f267ee213738» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы Ti Загрузить Sw Fig1 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/09/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_TI_LoadSW_Fig1.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» «]}%

1. Выключатели нагрузки подключают нагрузки к общему источнику питания под управлением встроенного микроконтроллера.

используются для подключения и отключения нагрузки от источника для включения или выключения питания, а также для экономии энергии, когда нагрузка не требуется. Их также можно использовать для последовательного включения и выключения питания.Эти переключатели используются во многих продуктах, включая смартфоны, планшеты, ноутбуки, цифровые камеры, часы и носимые устройства, портативные инструменты, а также другие устройства с батарейным питанием.

Как работают переключатели нагрузки

Наиболее распространенным типом переключателя нагрузки постоянного тока является полевой МОП-транзистор (рис. 2) . В этом переключателе с дискретными компонентами используются полевой МОП-транзистор P-типа и полевой МОП-транзистор с управлением затвором. Управляющий транзистор обычно управляется выходом GPIO микроконтроллера.

Применение уровня положительной логики к входу разрешения (EN) включает нижний полевой МОП-транзистор, который, в свою очередь, заземляет затвор последовательного полевого МОП-транзистора и прикладывает прямое напряжение затвор-исток, которое включает последовательный транзистор. Конденсатор контролирует время нарастания выходного напряжения, чтобы минимизировать падение входного напряжения, которое возникает при включении переключателя. Полевые МОП-транзисторы в режиме расширения используются для обеспечения низкого последовательного сопротивления в открытом состоянии, чтобы минимизировать как потери напряжения, так и энергопотребление.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f4f6d5f267ee21373a» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы Ti Загрузить Sw Fig2 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/09/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_TI_LoadSW_Fig2.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» «]}%

2. Вот базовая схема дискретного переключателя нагрузки.

Хотя реализации дискретных переключателей нагрузки работают хорошо, их основным недостатком является то, что они занимают дополнительное место на печатной плате. Решение представляет собой переключатель нагрузки с одной интегральной схемой: встроенные переключатели нагрузки — отличный способ уменьшить пространство на плате и улучшить характеристики переключения и защиту по сравнению с существующими решениями на основе дискретных компонентов.

Интегрированные выключатели нагрузки

На рисунке 3 показана общая блок-схема переключателя нагрузки IC. Большинство производителей рекомендуют входные и выходные конденсаторы для минимизации падения входного напряжения во время включения, а также для обеспечения дополнительной выходной фильтрации.

Широкий выбор доступных моделей предлагает сочетание различных функций. Все переключатели нагрузки имеют четыре основных соединения: V _IN , V _OUT , EN и GND. Некоторые версии требуют внешнего напряжения смещения для работы некоторых внутренних цепей.В других устройствах используется внутренний зарядный насос для подачи рабочего напряжения на внутренние цепи. Некоторые модели также имеют возможность теплового отключения для контроля чрезмерного рассеивания мощности.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f4f6d5f267ee21373c» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы Ti Load Sw Fig3 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/09/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_TI_LoadSW_Fig3.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

3. На этой общей блок-схеме коммерческого переключателя нагрузки показаны основные функции.

Другой особенностью является выход с хорошим энергопотреблением (PG), который показывает наличие выходного напряжения на выходном контакте. Его можно использовать для управления другими устройствами, например, дополнительными переключателями нагрузки в операции последовательного управления. Еще одна функция, которой нет в некоторых базовых переключателях нагрузки, — это блокировка обратного тока.Многие устройства включают схему быстрого выхода-разряда (QOD), которая разряжает выход, когда устройство выключено. Когда входной сигнал разрешения становится низким, логика включает нижний МОП-транзистор, который разряжает внешнюю выходную емкость.

Для капсулирования, вот семь веских причин, почему интегрированный переключатель нагрузки является лучшим вариантом, чем решение на дискретных полевых МОП-транзисторах:

1. Экономит место. Ключевым преимуществом интегрированного устройства перед дискретными выключателями нагрузки является небольшая занимаемая площадь.В компактных продуктах, таких как сотовый телефон, пространство ограничено, а интегрированный блок легче разместить. Сравните, например, типичный дискретный переключатель нагрузки, занимающий около 17 квадратных миллиметров ( ² мм), с обычным однокристальным решением, использующим всего 4 мм ² .
2. Более простой дизайн. Никакого дискретного времени проектирования не требуется. Просто купите интегрированный чип и сконструируйте его, чтобы получить все преимущества и функции.
3. Быстрая разгрузка на выходе. Внутреннее сопротивление в виде проводящего полевого МОП-транзистора подключено к нагрузке. Он служит для быстрой разрядки выходного конденсатора, когда на разрешающем входе становится низкий уровень.
4. Блокировка обратного тока. Некоторые переключатели нагрузки IC реализуют функцию, которая блокирует любой обратный ток. Когда входной сигнал разрешения становится низким для выключения переключателя, включается схема блокировки обратного тока, тем самым снижая любой потенциальный обратный ток от выхода обратно к входу до очень низкого уровня.
5. Экономит электроэнергию. Использование переключателей нагрузки для управления выходной мощностью источника сводит к минимуму энергопотребление, экономит энергию и обеспечивает более длительный срок службы батарей в портативных приложениях. В выключенном состоянии ИС потребляет минимальный ток покоя.
6. Управляет пусковым током. Эта функция предотвращает падение входного напряжения, которое может произойти при первом включении переключателя. Это результат высокого пускового тока, возникающего при зарядке выходного конденсатора.Большинство переключателей нагрузки обеспечивают контролируемое нарастание выходного напряжения по мере зарядки выходного конденсатора.
7. Реализует последовательность. Выключатели нагрузки позволяют реализовать последовательность нагрузок во время включения или выключения. Некоторые конструкции с процессорами, ПЛИС и другими микросхемами требуют, чтобы различные напряжения питания подавались или отключались в определенном порядке. Этой потребности удовлетворяют несколько переключателей нагрузки для каждого источника питания, которые управляются соответствующим встроенным контроллером для синхронизации.Некоторые переключатели нагрузки также имеют выходной сигнал, который указывает, когда выход полностью включен. Этот сигнал можно использовать для последовательного выполнения операций с другими переключателями нагрузки в системе.

Рисунок 4 показывает последовательность загрузки без участия процессора. Когда первый выход включается, он позволяет второму переключателю нагрузки включить нагрузку 2. В качестве альтернативы каждый переключатель нагрузки может быть включен отдельным GPIO от управляющего процессора, который обеспечивает желаемую синхронизацию.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f4f6d5f267ee21373e» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы Ti Загрузить Sw Fig4 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/09/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_TI_LoadSW_Fig4.patng max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

4. Последовательность нагрузки с помощью переключателей нагрузки — когда первый выход включается, он позволяет второму переключателю нагрузки включать нагрузку 2.

Коммерческие устройства

Texas Instruments предлагает обширную линейку встроенных переключателей нагрузки. Серия TP229xx включает в себя множество моделей с функциями, подходящими для большинства приложений. Например, TPS22915 — это 4-контактное устройство, которое поставляется в корпусе размером 0,78 × 0,78 × 0,5 мм DSBGA (YFP) в масштабе полупроводникового кристалла. Эта ИС имеет диапазон входного напряжения от 1,05 до 5,5 В с максимальным номинальным током 2 А. Типичное сопротивление включенного устройства последовательного PMOS-устройства составляет 38 мОм при 3.Вход 3 В. Ток покоя составляет всего 7,7 мкА при входном напряжении 3,3 В. Это устройство включает функцию быстрой разрядки. Многие другие модели этой серии имеют спецификации, предназначенные для различных приложений.

Выключатели нагрузки минимизируют энергопотребление

Чтобы свести к минимуму энергопотребление, простой МОП-транзистор часто используется для управления питанием неиспользуемых цепей. Однако лучшим вариантом является использование переключателя нагрузки, поскольку он имеет дополнительные функции, позволяющие справиться со многими тонкостями и капризами управления шиной электропитания.

предлагаются с множеством рабочих параметров и номиналов от нескольких поставщиков, что обеспечивает хорошее соответствие между приоритетами приложений и доступными частями.

В этой статье кратко обсуждаются концепции отключения питания ИС и схемы, а затем представлены подходящие варианты переключения нагрузки и способы их использования.

Опции отключения питания

Минимизация энергопотребления за счет временного отключения ненужных функций — стандартная системная тактика.По этой причине многие ИС имеют управляемый пользователем режим покоя со сверхнизким энергопотреблением.

Однако перевод ИС в режим покоя отключает только ИС, а не связанную с ней схему, которая включает в себя другие пассивные устройства рассеивания мощности (в основном резисторы), а также активные дискретные устройства, такие как транзисторы. Поэтому разработчики часто обращаются к простому полевому МОП-транзистору, чтобы обеспечить подачу питания на всю секцию, которая должна быть отключена.

Этот полевой МОП-транзистор может потребоваться, даже если источник питания (LDO или импульсный) можно отключить через линию управления включением, чтобы снизить энергопотребление в режиме ожидания его подсхемы нагрузки.Причина в том, что, хотя экономия может быть значительной, ток утечки многих источников питания относительно велик даже в их режиме отключения, поэтому экономии энергии может быть недостаточно.

Хотя использование полевого МОП-транзистора подходящего размера в качестве переключателя включения / выключения шины питания действительно работает, возможности и функции, которые может обеспечить только полевой МОП-транзистор, незначительны и часто не могут удовлетворить другие требования включения / выключения. Кроме того, разработчик схемы должен предоставить подходящий драйвер затвора для полевого МОП-транзистора, который становится еще одним пунктом в списке «дел» и, таким образом, увеличивает сложность конструкции, время, пространство и стоимость.

Переключатель нагрузки обеспечивает решение «все в одном»

Лучшим подходом является использование ИС «переключателя нагрузки», которая представляет собой полевой МОП-транзистор с проходным элементом плюс дополнительные функции управления питанием в крошечном корпусе. Большинство переключателей нагрузки имеют всего четыре контакта, по одному для входного и выходного напряжения, включения логического уровня и заземления (рис. 1).

Рис. 1. Базовая нагрузка — это четырехконтактное устройство, которое объединяет полевые МОП-транзисторы и драйверы МОП-транзисторов в одном простом в использовании пакете.(Источник изображения: Texas Instruments)

Операция проста: когда переключатель нагрузки активирован через его контакт ON, проходной полевой транзистор включается и позволяет току течь от контакта входного (источника) напряжения к контакту выходного напряжения (нагрузки). Как и в случае с базовым полевым МОП-транзистором, сопротивление постоянному току через «переключатель» составляет всего несколько миллиомов (мОм), поэтому падение напряжения невелико, как и связанная с этим рассеиваемая мощность.

Переключатель нагрузки — это больше, чем просто полевой МОП-транзистор и драйвер, который позволяет включать / выключать его с помощью простого сигнала логического уровня.Хотя сама по себе эта возможность может сделать переключатель нагрузки лучшим решением, чем полевой МОП-транзистор с отдельным драйвером, переключатель нагрузки делает гораздо больше (рисунок 2).

Рис. 2. Выключатели нагрузки часто дополняются другими функциями, включая управление разрядом, управление скоростью нарастания напряжения, различные формы защиты и мониторинг неисправностей. (Источник изображения: Vishay Siliconix)

Зачем использовать переключатель нагрузки, помимо функции управления логическим уровнем? Причин несколько:

• Встроенный драйвер управляет зарядкой и разрядкой затвора, тем самым обеспечивая управление скоростью нарастания / спада времени цикла включения / выключения полевого МОП-транзистора.Это оптимизирует работу полевого МОП-транзистора, предотвращает выбросы и звон, а также минимизирует нежелательные EMI ​​/ RFI.
• Кроме того, контроль времени включения полевого МОП-транзистора в переключателе предотвращает провисание входной шины из-за внезапного увеличения нагрузки из-за пускового тока в результате быстрой попытки зарядить конденсатор нагрузки. Это провисание является проблемой, если одна и та же входная шина также подает питание на другие подсистемы, которые должны оставаться полностью запитанными.
• Некоторые переключатели нагрузки предлагают функцию быстрой разрядки выхода (QOD) через резистор на кристалле между выходом и землей; этот режим активируется, когда устройство отключено через контакт ON.Это разрядит выходной узел и предотвратит плавающий выход на выходе, что может вызвать нежелательную активность, когда схема нагрузки не выключена до определенного состояния.

Обратите внимание, что эта функция иногда нежелательна: если выход переключателя нагрузки подключается к батарее, такая быстрая выходная разрядка приведет к разрядке батареи, когда переключатель нагрузки отключен через контакт ON — не очень хорошо! Поэтому некоторые поставщики предлагают его в качестве выбираемой функции в одном устройстве, в то время как другие предлагают два варианта переключателя нагрузки: у одного он есть, а у другого нет.Первый вариант позволяет использовать несколько одинаковых деталей в одном продукте, но в разных сценариях.

• Выключатели нагрузки могут включать в себя другие функции, которые желательны при наличии источника питания и шины, такие как тепловое отключение, блокировка при пониженном напряжении, ограничение тока и защита от обратного тока. Эти функции защиты способствуют целостности на уровне системы.

По сравнению с использованием базового полевого МОП-транзистора для переключения шины питания и добавления этих функций и возможностей, общая спецификация, время разработки и стоимость недвижимости могут быть значительно сокращены.

Далее, использование переключателя нагрузки не ограничивается простыми отключениями для экономии энергии. Используя массив переключателей нагрузки, один более крупный источник питания может питать несколько подсекций схемы, при этом повышающее / понижающее питание этих подсекций осуществляется через заданную последовательность и синхронизацию под управлением нескольких цифровых выходов (рисунок 3). Таким образом, переключатели нагрузки действуют как стробирующие элементы более широкой и эффективной схемы управления питанием.

Рис. 3. Выключатели нагрузки позволяют одному источнику питания управлять несколькими нагрузками, каждая из которых имеет независимое включение / выключение и относительную синхронизацию.(Источник изображения: Texas Instruments)

Имейте в виду, что переключателям нагрузки требуется конденсатор (обычно 1 мкФ) на их входной стороне, чтобы ограничить падение напряжения на входном питании, вызванное переходными пусковыми токами в разряженных конденсаторах нагрузки. Им также необходимо «видеть» нагрузочную емкость, которая составляет примерно одну десятую значения входной емкости; если нагрузка меньше указанной, следует добавить небольшой выходной конденсатор.

Параметры выключателя нагрузки

Характеристики производительности переключателя нагрузки начинаются с характеристик стандартного полевого транзистора, используемого в качестве переключателя включения / выключения.К ним относятся:

• Сопротивление в открытом состоянии (R _на ) определяет падение напряжения на переключателе нагрузки, а также рассеиваемую мощность переключателя. Типичные значения находятся в диапазоне десятков миллиом, но будут варьироваться в зависимости от продуктов отдельных поставщиков и токовой нагрузки переключателя нагрузки. Разработчик должен выполнить некоторые базовые вычисления, чтобы определить максимально допустимое значение в приложении.
• Максимальное напряжение ( _{В в} ) и ток (I _макс ) определяют, какое высокое напряжение может выдержать переключатель и с какой величиной максимального тока.Разработчик должен проверить как установившиеся значения, так и переходные и пиковые значения этих факторов.
• Другими параметрами являются ток покоя и ток отключения. Ток покоя — это ток, который потребляет переключатель нагрузки, когда переключатель нагрузки включен, и, таким образом, становится потраченной впустую мощностью. Это ничтожно мало по сравнению с мощностью, рассеиваемой самой нагрузкой. Ток отключения — это ток, который «течет» от переключателя нагрузки к нагрузке, когда переключатель находится в режиме ВЫКЛ.

Переключатели нагрузки от простого к сложному

Хорошим примером переключателя нагрузки с дополнительными функциями является NCP330 от ON Semiconductor. Это основной переключатель нагрузки N-канального MOSFET, но он включает режим плавного пуска 2 мс для обстоятельств, когда приложение внезапных нагрузок может быть вредным. Это часто требуется в мобильных приложениях, где установлена ​​батарея ограниченной емкости (рис. 4).

Рис. 4. Переключатель нагрузки NCP330 компании ON Semiconductor включает режим нарастания 2 мс, чтобы нагрузка не была внезапно присоединена к источнику.Это предотвращает различные проблемы с эксплуатацией и производительностью как для питания, так и для нагрузки. (Источник изображения: ON Semiconductor)

Очень низкое сопротивление NCP330 в открытом состоянии, всего 30 мОм, делает его подходящим для системной батареи, заряжаемой до 3 ампер (А) (пиковая мощность 5 А). Устройство с напряжением от 1,8 до 5,5 вольт автоматически активируется, если к контакту Vin (активный высокий) подключено питание. Если входное напряжение отсутствует, оно остается выключенным через внутренний понижающий резистор. Также встроена защита от обратного напряжения.

Vishay Siliconix предлагает переключатели нагрузки SiP32408 и SiP32409 с регулируемой скоростью нарастания (2,5 мс при 3,6 В), рассчитанные на работу от 1,1 В до 5,5 В. SIP32409 идентичен SiP32408, но имеет схему быстрого отключения для выходной разрядки. Ключевой особенностью является то, что их активное сопротивление, обычно 42 мОм, является плоским в большей части диапазона питания, от 1,5 до 5 вольт. Другим признаком является то, что управляющее разрешающее напряжение также низкое, поэтому его можно использовать в низковольтных цепях без необходимости в переключателе уровня (рисунок 5).

Рисунок 5: Взаимосвязь между управлением порогами низкого и высокого логических уровней разрешающего сигнала в зависимости от входного напряжения для SiP32408 и аналогичных переключателей нагрузки SiP32409 от Vishay Siliconix. (Источник изображения: Vishay Siliconix)

Хотя переключатели нагрузки являются относительно простыми устройствами с точки зрения количества и функции выводов корпуса, компоновка все еще может быть проблемой при протекании тока и возможных паразитах. По этой причине лучше всего использовать предложенную компанией компоновку печатной платы (рисунок 6), а также макеты верхней и нижней стороны для размера 1 × 1 дюйм (2.5 × 2,5 см) оценочная плата (Рисунок 7).

Рис. 6. Требуется тщательно спланированная компоновка печатной платы и размещение компонентов, чтобы реализовать полную производительность переключателей нагрузки, таких как SiP32408 и SiP32409, так что шум заземления, паразитные помехи и токи не препятствуют максимальной производительности. (Источник изображения: Vishay Siliconix)

Рис. 7. Помимо демонстрации предпочтительной компоновки печатной платы для SiP32408 и SiP32409, Vishay Siliconix также предоставляет компоновку небольшой оценочной платы для этих устройств.(Источник изображения: Vishay Siliconix)

Переключатель нагрузки для использования при более низких напряжениях, которые становятся все более распространенными, — это TPS22970 от Texas Instruments, который может работать от входного напряжения от 0,65 В до 3,6 В (рисунок 8). Сопротивление во включенном состоянии также низкое: от типичного 4,7 мОм на входе 1,8 В до 6,4 мОм при 0,65 В. Коммутатор выдерживает непрерывный ток 4 А с током покоя в открытом состоянии 30 мкА (типичный). на входе 1,2 В и ток в выключенном состоянии 1 мкА на входах выше 1.8 В.

Рисунок 8: Основное приложение TPS22970 показывает критический входной (исходный) конденсатор и иногда ненужный выходной (нагрузочный) конденсатор; это также дает понять, что переключатель нагрузки представляет собой простое четырехконтактное устройство. (Источник изображения: Texas Instruments)

TPS22970 имеет встроенный резистор 150 Ом для быстрой разрядки выхода при отключенном переключателе. Это позволяет избежать любого неизвестного состояния, вызванного плавающим питанием, которое может быть замечено нагрузкой.Время включения с регулируемой скоростью нарастания составляет 1,5 миллисекунды (мс) и 0,8 мс при входном напряжении 3,6 В и 0,65 В соответственно. Подробный технический паспорт (25 страниц для четырехконцевого устройства) содержит множество подробных таблиц и графиков, которые полностью характеризуют его производительность с разных точек зрения. Например, он показывает время нарастания и спада в зависимости от температуры для каждого из четырех входных напряжений (рисунок 9).

Рисунок 9: Время нарастания (слева) и время спада (справа) в зависимости от температуры при сопротивлении нагрузки 10 Ом и емкости нагрузки 0.1 мкФ, для TPS22970. (Источник изображения: Texas Instruments)

Заключение

могут обеспечить простое решение для включения и выключения постоянного тока для минимизации энергопотребления, реализации последовательности нескольких нагрузок и управления синхронизацией мощности. Тем не менее, переключатель нагрузки со встроенным полевым МОП-транзистором, драйвером, контролем скорости нарастания и различными формами защиты от сбоев часто является лучшим выбором, поскольку он может предоставить все эти дополнительные функции в одном компактном устройстве.

предлагаются с множеством рабочих параметров и номиналов от нескольких поставщиков, что позволяет хорошо согласовать приоритеты приложений и доступные компоненты.

Заявление об ограничении ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Реле нагрузки | Диалог

Выключатели нагрузки, Часть 1: Основная роль и принцип

Выключатели нагрузки используются для включения / отключения питания выбранных ИС или частей схемы. Хотя им не уделяют особого внимания, они полезны как для экономии энергии, так и для управления несколькими шинами питания. В этом разделе часто задаваемых вопросов будут обсуждаться их функции, базовая конструкция, расширенные реализации IC и дополнительные преимущества переключателей нагрузки IC.

В: Что такое выключатель нагрузки?

A: Проще говоря, это электронный переключатель, используемый для управления питанием шины постоянного тока к ИС, группе ИС или подсхеме системы.Переключатели нагрузки в этом FAQ предназначены для умеренных уровней напряжения и тока, до десятков вольт и около 10 ампер (хотя есть некоторые для гораздо более высоких значений напряжения / тока), и поэтому могут быть изготовлены как стандартные ИС со встроенными полевыми МОП-транзисторами.

Q: Зачем вообще нужен выключатель нагрузки? Разве у большинства микросхем нет аппаратного вывода или программного управления для перевода их в режимы пониженного энергопотребления, ожидания, покоя или сна с различной степенью энергосбережения?

A: Да, у большинства микросхем есть такая возможность, но бывают случаи, когда вы хотите сэкономить еще больше энергии, отключив всю подсхему, которая также имеет другие компоненты, такие как резисторы, порты ввода / вывода или даже дискретные транзисторы (почти в каждой конструкции есть несколько таких, несмотря на преобладание микросхем), которые могут потреблять некоторую мощность.Перевод ИС в неактивный или аналогичный режим отключает только саму ИС, а не связанную с ней схему, которая включает в себя эти другие пассивные устройства, рассеивающие мощность.Кроме того, существуют системы с несколькими шинами, в которых последовательность включения и выключения питания рельсы имеют решающее значение (подробнее об этом позже), а переключатели нагрузки позволяют проектировщику установить управление последовательностью.

Q: Как построить переключатель нагрузки?

A: Базовый переключатель нагрузки построить относительно легко: все, что для этого требуется, — это полевой МОП-транзистор и его драйвер, Рис. 1 .MOSFET настроен так, что ток шины течет от истока к стоку, а затвор MOSFET используется для включения (проводящий) или выключения (непроводящий) MOSFET. Конечно, затвор MOSFET должен иметь подходящий драйвер, который может подавать / потреблять необходимый ток при соответствующем напряжении, чтобы гарантировать, что MOSFET включается / выключается полностью и «чисто».

Q: Это «почти идеальный» переключатель включения / выключения, каким был бы механический?

A: Нет, выключатель нагрузки не идеальная замена механическому выключателю, но он достаточно близок для большинства приложений. Механический переключатель имеет сопротивление контакта миллиом и даже субмиллиом в замкнутом состоянии и почти бесконечное сопротивление в разомкнутом состоянии; переключатель нагрузки обычно имеет десятки миллионов и несколько мегаом соответственно. В большинстве случаев альтернатива электрически активированному механическому переключателю (также известному как реле) непрактична с точки зрения размера, веса, скорости и стоимости для электронной схемы и печатной платы (хотя для специальных целей существуют реле нагрузки. такие приложения, как управление этими высокими напряжениями и токами вакуумных ламп, что выходит за рамки этого FAQ).

В: Какие трудности возникают при использовании «базового» МОП-транзистора в качестве переключателя нагрузки?

A: Во-первых, как отмечалось выше, для полевого транзистора необходим драйвер правильного размера и конструкции, поскольку затвор большинства полевых транзисторов не может управляться простым цифровым сигналом низкого напряжения, поскольку во многих случаях напряжение будет неправильным, а ток — привод большинства линий цифрового ввода / вывода также неадекватен.

Во-вторых, схема MOSFET без покрытия не имеет защиты от многих факторов, которые могут отрицательно повлиять на шины питания, таких как переходные процессы на стороне источника и нагрузки, короткие замыкания и выбросы, вызванные EMI ​​/ RFI.Наконец, основной привод затвора — это схема включения / выключения с небольшим контролем над результирующим временем подъема или спада шины постоянного тока и, как таковая, может включаться / выключаться слишком быстро или слишком медленно для нагрузочных шин в данном приложении.

В-третьих, несмотря на свою кажущуюся простоту, даже базовый полевой МОП-транзистор и драйвер требуют времени на разработку для оценки целей проекта (определения необходимых спецификаций, их минимальных и максимальных значений) и обеспечения надежности конструкции с неизменными характеристиками в рабочих условиях напряжения на шине постоянного тока и температура, наряду с другими факторами.

В: Какая альтернатива?

A: Производители микросхем осознали необходимость в «лучшем» переключателе нагрузки, а также понимают, как правильно спроектированная ИС может привести к лучшей, но простой в использовании функции переключения нагрузки. Это предмет второй части этого FAQ.

Ссылки

1. Texas Instruments, SLVA652, «Переключатели нагрузки: что это такое, зачем они вам нужны и как выбрать подходящий?»
2. Vishay Intertechnology, Inc, «Умные переключатели нагрузки»

ADP195 Лист данных и информация о продукте

Особенности и преимущества

• Сверхнизкое по сопротивлению (RDS _ON )
• 50 мОм при 3.6 В
• 55 мОм при 2,5 В
• 65 мОм при 1,8 В
• 100 мОм при 1,2 В
• Диапазон входного напряжения:
  от 1,1 В до 3,6 В
• 1,1 А максимальный продолжительный рабочий ток

• Нижний порог разрешающей логики управления может работать в диапазоне от 1,2 В до 3,3 В
• Низкий ток заземления 1 мкА (номинал) при 1,8 В
• Дополнительные характеристики см. В техническом паспорте

Подробнее о продукте

Помимо эксплуатационных характеристик, ADP195 занимает минимальное пространство на печатной плате (PCB) площадью менее 1,0 мм2 и высотой 0,60 мм.

Доступен в сверхмалом корпусе WLCSP размером 1 мм × 1 мм, с 4 шариками и шагом 0,5 мм. Также доступен 6-выводной LFCSP 2 мм × 2 мм × 0,55 мм, шаг 0,65 мм.

ПРИЛОЖЕНИЯ

• Мобильные телефоны
• Цифровые фотоаппараты и аудиоаппараты
• GPS-устройства
• Персональные медиаплееры
• Переносное и аккумуляторное оборудование

для приложений переключения нагрузки

Сегодня, когда многие электронные устройства становятся мобильными и портативными, низкое энергопотребление является одним из наиболее важных требований.Нам нужно тщательно выбирать схемы и компоненты для эффективного управления питанием, чтобы продлить срок службы батареи. Во многих электронных устройствах нагрузки обычно не всегда включены или выключены, а работают в соответствии с шаблоном или рабочим циклом. Может потребоваться измерение температуры только раз в минуту, в то время как РЧ-модуль должен включаться только тогда, когда данные готовы к передаче. Поэтому мы можем захотеть отключить питание этих модулей, когда они действительно не нуждаются в питании в данный момент, а затем включить их, когда они нужны.Это когда переключатели нагрузки используются в соответствии с назначенными рабочими циклами их приложений. Переключатели нагрузки широко используются в ноутбуках, смартфонах, устройствах IoT (Интернет вещей) и портативных портативных устройствах. Основная форма переключателя нагрузки показана ниже:

Как показано на рисунке выше, переключатель нагрузки расположен между источником питания и нагрузкой. Выключатель нагрузки управляется микроконтроллером, который решает, когда включить / выключить выключатель нагрузки, чтобы подключить или отключить нагрузку от шины питания.Ядром переключателя нагрузки является проходной транзистор, который часто представляет собой полевой МОП-транзистор для передачи источника питания управляемой нагрузке.

Выбор переключателя нагрузки для использования в конкретном приложении определяется многими факторами, включая стоимость, форм-фактор, функциональность и доступность. Все эти факторы могут меняться от приложения к приложению. Поэтому мы не можем полагаться на них, чтобы дать общие рекомендации по выбору переключателей нагрузки. Если мы сделаем выбор на основе функций переключателя нагрузки, тогда мы сможем сделать правильный выбор, применимый ко всем сценариям.

Выключатель нагрузки используется для включения / выключения нагрузок. Следовательно, его производительность определяется двумя отдельными периодами: временем включения и временем выключения. Когда переключатель нагрузки выключен, ключевым параметром, влияющим на систему, является ток покоя, который способствует потребляемой мощности в режиме ожидания и характеристикам выключения.

Когда переключатель нагрузки включен, он становится частью нагрузки источника питания. Следовательно, его собственные характеристики могут влиять на общую производительность системы, которая включает сопротивление включения, топологию управления, напряжение затвор-исток, пусковой ток и скорость включения и т. Д.

Сопротивление включения R _{DS (включено)}

Сопротивление включения полевого МОП-транзистора — это сопротивление канала между стоком и истоком полевого МОП-транзистора, когда он находится в проводящем режиме. Чем выше сопротивление во включенном состоянии, тем больше потери мощности. Согласно физике полупроводников, сопротивление полевых МОП-транзисторов определяется размерами канала устройства и типом материала, образующего канал. Традиционно P-канальный MOSFET не может достичь той же производительности R _{DS (on)} , что и N-канальный MOSFET с тем же размером кристалла.Основными носителями в N-канальном MOSFET являются электроны, подвижность которых примерно в 2–3 раза выше, чем у P-канала. Чтобы достичь того же уровня R _{DS (on)} , кристалл P-канала должен быть в 2–3 раза больше, чем N-канал. Благодаря большему размеру кристалла мы можем получить преимущества более низкого теплового сопротивления и более высокого номинального тока для P-канального MOSFET, но потеряем динамические характеристики из-за большей емкости затвора. Как правило, мы делаем выбор между P-каналом и N-каналом в зависимости от конкретных требований приложений.

Низкочастотные приложения

Для низкочастотных приложений потеря проводимости, вызванная переключателем нагрузки, является основной проблемой. Следовательно, R _{DS (on)} — единственное требование, имеющее значение для рабочих характеристик. Таким образом, мы можем выбрать MOSFET с P-каналом вместо N-канального MOSFET. P-канальный MOSFET будет иметь больший размер микросхемы, чтобы обеспечить низкий R _{DS (on)} . Поскольку рабочая частота мала, например, от 10 до 50 кГц, потеря динамических характеристик из-за размеров конструкции устройства незначительна.С другой стороны, мы получаем преимущества в виде лучших тепловых характеристик и более высокого номинального тока.

Высокочастотные приложения

Для высокочастотных приложений, например, высокочастотной ШИМ, преобладающие потери вызваны операцией переключения. N-канальный MOSFET с тем же размером кристалла, что и P-канальный MOSFET, имеет сопоставимые динамические и тепловые характеристики из-за аналогичных зарядов затвора и конструктивных размеров, но P-канальный MOSFET имеет больший R _{DS (on)} из-за гораздо более низкий уровень мобильности.Выбор между P-каналом и N-каналом MOSFET полностью основан на R _{DS (on)} и зарядке затвора Q _G .

Мобильные приложения

Помимо четкого разделения низкочастотных и высокочастотных приложений, у нас есть популярные мобильные приложения, которые предъявляют строгие требования к размеру. Обычно для таких приложений требуется мощность менее 10 Вт. Для таких приложений цель дизайна — достичь высокой эффективности при сохранении приемлемого размера в соответствии с дизайном.Частота быстрого переключения может помочь уменьшить размер катушек индуктивности. Более того, мы можем использовать P-канальный MOSFET, который устраняет необходимость в дополнительных схемах драйвера затвора для дополнительной экономии места.

Напряжение затвор-исток, VGS

Как мы уже упоминали, сопротивление включения R _{DS (on)} между стоком и истоком является одним из наиболее важные характеристики полевого МОП-транзистора. Напряжение затвор-исток определяет R _{DS (on)} .МОП-транзистор включается, когда приложенное напряжение затвор-исток превышает пороговое напряжение Vth.

Согласно теории полевого МОП-транзистора, соотношение между активным сопротивлением R _{DS (вкл.)} и напряжением затвор-исток V _GS составляет

Мы знаем, что состояние «включено» полевого МОП-транзистора состоит из области триода и области насыщения. Область триода — это то, к чему относится приведенная выше формула, и сопротивление в области триода чрезвычайно велико.Следовательно, желаемый R _{DS (on)} — это значение, попадающее в область насыщения, как показано на приведенном выше графике, где R _{DS (on)} начинает выравниваться.

Характеристики включения

Когда переключатель нагрузки включен, его динамические характеристики влияют на общую производительность системы, например, пусковой ток и скорость включения. Пусковой ток вызван емкостными нагрузочными характеристиками нагрузки при подаче на нее питания.Емкостная нагрузка начинает заряжаться и кажется, что у нее нет сопротивления. Результатом является резкий скачок тока и соответствующий провал напряжения на выходе блока питания. Скорость нарастания напряжения, приложенного к входной емкости, и сама емкость определяют пусковой ток:

I _INRUSH = C _L x (dv / dt) , где C _L — входная емкость. и dv / dt — скорость нарастания входного напряжения. Например, для входного конденсатора емкостью 20 мкФ, если скорость нарастания напряжения составляет 4 В / мкс, то пусковой ток составляет 20 x (4) = 80 А.Если источник питания, например батарея, имеет ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) 0,02 Ом, падение напряжения на батарее будет 0,02 x 80 = 1,6 В.

На этом рисунке показано влияние пускового тока, вызванного емкостью нагрузки 100 мкФ. Без какого-либо управления скоростью нарастания пусковой ток достигает пика около 6,88 А и заставляет шину напряжения упасть с 3,3 В до 960 мВ. (Компания Texas Instruments)

Влияние пускового тока можно уменьшить, указав время установления, в течение которого система остается в состоянии сброса до стабилизации напряжения.У разных переключателей нагрузки есть разные методы снижения скорости нарастания напряжения. В следующей схеме используется внешний резистор R1 и конденсатор C ₁ для уменьшения скорости включения проходного транзистора.

В схеме R ₁ и R ₂ образуют делитель напряжения для определения напряжения затвора, и их можно определить с помощью следующего уравнения:

V _{SG, MAX} можно найти в техническом описании.Чтобы рассчитать R ₁ , мы можем использовать значение от 1 кОм до 10 кОм для R ₂ . C ₁ в сочетании с R ₁ определяет скорость включения проходного транзистора, и ее можно вычислить. Выбор R ₁ , R ₂ и C ₁ имеет решающее значение для работы переключателя нагрузки. C ₁ должен быть намного больше, чем емкость затвора проходного транзистора, чтобы иметь возможность управлять скоростью нарастания.

Где напряжение плато V _PL определяется как:

Так же важно, как пусковой ток для работы переключателей нагрузки, скорость включения является одним из ключевых параметров, которые следует учитывать при выборе правильной нагрузки. переключатель для ваших приложений. Высокая скорость включения может вызвать пусковой ток. Более низкая скорость включения помогает уменьшить скачки входного тока, но может вызвать другие проблемы. Как показано на приведенном выше рисунке, полевые МОП-транзисторы, работающие при разных температурах, демонстрируют разные характеристики, но все кривые перехода для разных температур будут пересекаться в определенной точке V _GS , которая называется точкой перегиба.Выше точки перегиба R _{DS (вкл.)} увеличивается с повышением температуры, поэтому ток уменьшается. При параллельном распределении мощности уменьшение тока в одной ветви вызовет увеличение тока в ветви с меньшим сопротивлением. Таким образом, конечный результат — сбалансированное распределение тока между всеми нагрузками. Ниже точки перегиба полевой МОП-транзистор ведет себя как BJT (биполярный транзистор), который проводит более высокий ток при нагревании, и ток непрерывно увеличивается с ростом температуры.Такая ситуация обычно приводит к тепловому выходу устройства из строя. Выбор подходящего напряжения затвор-исток очень важен для предотвращения теплового разгона переключателя нагрузки.

Переключатели нагрузки Texas Instruments имеют контролируемое время нарастания, а для некоторых продуктов время нарастания можно регулировать. Время нарастания переключателей нагрузки можно увеличить, добавив внешний конденсатор между контактом CT и контактом GND, как показано ниже в прикладной схеме TPS22965.

На следующих двух рисунках показано разное время нарастания переключателя нагрузки TPS22965 для разной емкости ТТ, используемой для емкостной нагрузки 22 мкФ.

На этом рисунке показаны время нарастания и пусковой ток переключателя нагрузки при отсутствии дополнительной емкости добавлен к выводу CT TPS22965. Время нарастания настолько короткое, что его может быть недостаточно для ограничения пускового тока до желаемого пикового значения. На рисунке показано, что время нарастания составляет около 120 мкс, а пиковый ток превышает 650 мА.

На этом рисунке показаны время нарастания и пусковой ток переключателя нагрузки при дополнительных 150 пФ Емкость добавлена ​​к выводу CT TPS22965.