移動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)用中電源管理半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：今天的負(fù)載開關(guān)

電源保護(hù)

負(fù)載開關(guān)可用于各種不同應(yīng)用，包括 USB 或存儲(chǔ)卡的接口保護(hù)，以及應(yīng)用負(fù)載和電池或輔助電源接口的連接。正因?yàn)閼?yīng)用的多樣性，保護(hù)應(yīng)用設(shè)備免受電壓和電流突發(fā)性變化所造成的損害成為一個(gè)重要問題。我們已經(jīng)討論了壓擺率功能，可控制浪涌電流，盡可能減小電流尖刺和總線電壓暫降，那么，又該如何在低壓工作狀態(tài)保護(hù)應(yīng)用設(shè)備呢？目前先進(jìn)的負(fù)載開關(guān)可提供欠壓鎖定 (UVLO) 功能，當(dāng)電壓過低時(shí)，這種功能可斷開接口。欠壓鎖定的工作原理十分簡單，就是在輸入電壓降至鎖定閾值以下時(shí)，關(guān)斷開關(guān)。

另一個(gè)重要的保護(hù)問題是有關(guān)突發(fā)電流的處理。簡單的開關(guān)很少考慮電流的方向，但隨著移動(dòng)平臺(tái)上的插入附件逐漸增多，在非預(yù)定/失控電流可能流經(jīng)錯(cuò)誤的方向，從而對(duì)元件造成損害時(shí)，提供保護(hù)功能就變得至關(guān)重要。在這種情形下，比較先進(jìn)的負(fù)載開關(guān)越來越多地整合“反向電流阻斷”功能，可以保護(hù)輸入源免受輸出端返流電流的損壞。在功能上，這類似于在電源路徑上放置一個(gè)二極管，但不必犧牲效率。這在標(biāo)準(zhǔn) USB 電源設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要，并可在有反向電流流經(jīng)的情況下保護(hù) USB主機(jī)。

系統(tǒng)保護(hù)

移動(dòng)解決方案應(yīng)用的融合在繼續(xù)增加，而且不僅是對(duì)電源電路產(chǎn)生影響。若用戶連接了一個(gè)不兼容的附件，設(shè)計(jì)工程師如何能夠防止似乎無窮無盡的潛在危險(xiǎn)呢？前面描述了可利用反向電流阻斷功能來解決電流方向的問題，但仍存在簡單過流情況的潛在問題。最新的負(fù)載開關(guān)通過增加模擬控制器來解決這一問題，并整合了過流保護(hù) (OCP) 功能，可把電流限制在某個(gè)預(yù)定值上。由于把保護(hù)職責(zé)轉(zhuǎn)移到電源連接上，這里事件發(fā)生迅速，而保護(hù)電路可以更快地進(jìn)行響應(yīng)，從而能夠避免過流尖刺引起的元件損害，最終提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性。這種解決方案還可減少軟硬件設(shè)計(jì)工作量，釋放應(yīng)用處理器負(fù)荷。

除過流保護(hù)功能之外，還有另外兩種功能常用于在故障行為和恢復(fù)方法中提供靈活性。根據(jù)過流故障的原因，以及所需的響應(yīng)，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，可能需要立即判斷是硬故障還是嚴(yán)重的連接問題。這提供了最大限度的保護(hù)，同時(shí)還確保中斷服務(wù)。第一個(gè)功能是屏蔽時(shí)間，其定義了關(guān)斷之前的延遲時(shí)間。這一功能讓系統(tǒng)能夠忽略關(guān)斷之前的限流故障條件，從而提高系統(tǒng)的故障容限。它還可以實(shí)現(xiàn)故障自我修正和恢復(fù)，無需中斷服務(wù)。當(dāng)然，也許最好的是永遠(yuǎn)保持在限流模式下，不必糾錯(cuò)和命令關(guān)斷。

一旦故障發(fā)生，設(shè)計(jì)工程師有兩個(gè)選擇來設(shè)置恢復(fù)方法。自動(dòng)重啟功能將重新初始化，并在預(yù)先設(shè)定的某一時(shí)間段之后閉合開關(guān)。這種功能可以通過讓開關(guān)斷開來確保最大限度的保護(hù)，而且由于無需用戶重啟，因此盡可能地減少系統(tǒng)中斷。如果沒有自動(dòng)重啟功能，用戶可能需要重新開機(jī)以清除故障。

自簡單的開關(guān)開始，負(fù)載開關(guān)經(jīng)歷了很長的發(fā)展路程，現(xiàn)在它不僅能夠提供關(guān)鍵的功能，還為消費(fèi)電子設(shè)計(jì)工程師帶來許多改進(jìn)措施。隨著額外保護(hù)功能的增加，這也正是集成化的特征，我們現(xiàn)在看到一種趨勢(shì)，即負(fù)載開關(guān)不僅提供功能，還可提供反饋至應(yīng)用處理器的相關(guān)信息。

功能性的下一步發(fā)展→提供信息

至此，我們已經(jīng)討論了負(fù)載開關(guān)從簡單開關(guān)到日趨復(fù)雜的功能集成級(jí)別的發(fā)展歷程。下一個(gè)趨勢(shì)很可能是提供信息。雖然負(fù)載開關(guān)不能告訴應(yīng)用控制器事件發(fā)生的原因，但卻可以提供有關(guān)事件發(fā)生內(nèi)容的信息。

盡管這還只是初始階段，現(xiàn)在的負(fù)載開關(guān)能夠提供有助于決策制定的信息，例如，若負(fù)載開關(guān)通知應(yīng)用處理器，因過流故障已關(guān)斷，而應(yīng)用控制器知道這個(gè)負(fù)載開關(guān)連接到 USB 端口，那么，應(yīng)用處理器就可以推斷有一個(gè)不兼容的器件被連接。知道了這一點(diǎn)，控制器就可以選擇適當(dāng)?shù)奶娲惴▉韴?zhí)行，或者是請(qǐng)求用戶干預(yù)。雖然并沒有提供大量信息，但已有可能把客戶的不滿減至最少，改善總體體驗(yàn)，同時(shí)完成主要的保護(hù)作用。

除了故障信息之外，還有可能提供輸入電壓的評(píng)測(cè)信息。如果存在輸入電壓，就表示有器件連接。了解到這一點(diǎn)，而且若一切看起來均正常，該信息可用于觸發(fā)其它事件。這一信息可讓應(yīng)用處理器更好地了解正在發(fā)生什么，并能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。

結(jié)語

本文回顧了負(fù)載開關(guān)的主要發(fā)展歷史，并介紹了其在功能方面的最新成果。有一點(diǎn)至關(guān)重要，而這里并沒有討論到的是：我們必須認(rèn)識(shí)到，包括硅技術(shù)和先進(jìn)封裝開發(fā)的支持技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這些趨勢(shì)和功能性水平的關(guān)鍵使能因素。在任何情況下，對(duì)于豐富的新型消費(fèi)電子產(chǎn)品及其附件，負(fù)載開關(guān)顯然起著重要的電路保護(hù)作用。