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    對(duì)于各具特色的移動(dòng)電話、移動(dòng)gps設(shè)備和消費(fèi)電子小玩意等電池供電的便攜式設(shè)備應(yīng)用來說，高端負(fù)載開關(guān)一直受到眾多工程師和設(shè)計(jì)人員的青睞。本文將以易于理解的非數(shù)學(xué)方式全方位介紹基于mosfet的高端負(fù)載開關(guān)，并討論在設(shè)計(jì)和選擇過程中必須考慮的各種參數(shù)。

    高端負(fù)載開關(guān)的定義是：它通過外部使能信號(hào)的控制來連接或斷開至特定負(fù)載的電源(電池或適配器)。相比低端負(fù)載開關(guān)，高端負(fù)載開關(guān)“流出”電流至負(fù)載，而低端負(fù)載開關(guān)則將負(fù)載接地或者與地?cái)嚅_，因此它從負(fù)載“汲入”電流。

    高端負(fù)載開關(guān)不同于高端電源開關(guān)。高端電源開關(guān)管理輸出電源，因此通常會(huì)限制其輸出電流。相反地，高端負(fù)載開關(guān)將輸入電壓和電流傳遞給“負(fù)載”，并且它不具備電流限制功能。

    高端負(fù)載開關(guān)包含三個(gè)部分：

    傳輸元件：本質(zhì)上是一個(gè)晶體管，通常為一個(gè)增強(qiáng)型mosfet。傳輸元件在線性區(qū)工作，將電流從電源傳輸至負(fù)載，就像一個(gè)“開關(guān)”(與放大器相對(duì)應(yīng))。

    柵極控制電路：向傳輸元件的柵極提供電壓來控制導(dǎo)通或關(guān)斷。它還被稱為電平轉(zhuǎn)換電路，外部使能信號(hào)通過電平轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生足夠高或者足夠低的柵極電壓(偏置電壓)來全面控制傳輸元 件的導(dǎo)通和關(guān)斷。

    輸入邏輯電路：主要功能是解釋使能信號(hào)，并觸發(fā)柵極控制電路來控制傳輸元件的導(dǎo)通和關(guān)斷。

    傳輸元件

    傳輸元件是高端開關(guān)最基本的組成部分。最經(jīng)�？紤]的參數(shù)，特別是開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的阻抗(rdson)，與傳輸元件的結(jié)構(gòu)和特性有直接關(guān)系。

    由于增強(qiáng)型mosfet一般在工作期間消耗的電流較少，在關(guān)斷期間泄漏的電流也較少，并且具有比雙極晶體管更高的熱穩(wěn)定性，所以被廣泛用作高端負(fù)載開關(guān)中的傳輸元件。本文將專門介紹基于增強(qiáng)型mosfet的傳輸元件。增強(qiáng)型mosfet傳輸元件可以是n溝道fet，也可以是p溝道fet。

    當(dāng)n溝道fet的柵極電壓(vg)比其源極電壓(vs)和漏極電壓(vd)高出一個(gè)閾值(vt)時(shí)，n溝道fet就會(huì)被完全轉(zhuǎn)換至導(dǎo)通狀態(tài)或者工作于其線性區(qū)。以下式子給出了導(dǎo)通條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

    vg－vs＝vgs＞vt

    vg－vt＞vd

    或者是，

    vgs－vt＞vds

    其中，vg為柵極電壓、vs為源極電壓、vd為漏極電壓、vt為fet的閾值電壓、vgs為柵－源極壓降、vds為漏－源極壓降，所有參數(shù)均為正。

    圖1：具有內(nèi)置電荷泵的n溝道fet高端負(fù)載開關(guān)

    當(dāng)n溝道fet導(dǎo)通時(shí)，漏極電流id為正，從漏極流向源極(如圖1和圖2所示)。當(dāng)p溝道fet的柵極電壓(vg)比其源極電壓(vs)和漏極電壓(vd)低出一個(gè)閾值(vt)時(shí)，p溝道fet就會(huì)被完全轉(zhuǎn)換至導(dǎo)通狀態(tài)或者工作于其線性區(qū)：

    vs－vg＝vsg＞vt

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