移动产品应用中电源管理半导体技术的发展趋势：今天的负载开关

电源保护

负载开关可用于各种不同应用，包括 USB 或存储卡的接口保护，以及应用负载和电池或辅助电源接口的连接。正因为应用的多样性，保护应用设备免受电压和电流突发性变化所造成的损害成为一个重要问题。我们已经讨论了压摆率功能，可控制浪涌电流，尽可能减小电流尖刺和总线电压暂降，那么，又该如何在低压工作状态保护应用设备呢？目前先进的负载开关可提供欠压锁定 (UVLO) 功能，当电压过低时，这种功能可断开接口。欠压锁定的工作原理十分简单，就是在输入电压降至锁定阈值以下时，关断开关。

另一个重要的保护问题是有关突发电流的处理。简单的开关很少考虑电流的方向，但随着移动平台上的插入附件逐渐增多，在非预定/失控电流可能流经错误的方向，从而对元件造成损害时，提供保护功能就变得至关重要。在这种情形下，比较先进的负载开关越来越多地整合“反向电流阻断”功能，可以保护输入源免受输出端返流电流的损坏。在功能上，这类似于在电源路径上放置一个二极管，但不必牺牲效率。这在标准 USB 电源设计中相当重要，并可在有反向电流流经的情况下保护 USB主机。

系统保护

移动解决方案应用的融合在继续增加，而且不仅是对电源电路产生影响。若用户连接了一个不兼容的附件，设计工程师如何能够防止似乎无穷无尽的潜在危险呢？前面描述了可利用反向电流阻断功能来解决电流方向的问题，但仍存在简单过流情况的潜在问题。最新的负载开关通过增加模拟控制器来解决这一问题，并整合了过流保护 (OCP) 功能，可把电流限制在某个预定值上。由于把保护职责转移到电源连接上，这里事件发生迅速，而保护电路可以更快地进行响应，从而能够避免过流尖刺引起的元件损害，最终提高系统设计的稳健性。这种解决方案还可减少软硬件设计工作量，释放应用处理器负荷。

除过流保护功能之外，还有另外两种功能常用于在故障行为和恢复方法中提供灵活性。根据过流故障的原因，以及所需的响应，当检测到故障时，可能需要立即判断是硬故障还是严重的连接问题。这提供了最大限度的保护，同时还确保中断服务。第一个功能是屏蔽时间，其定义了关断之前的延迟时间。这一功能让系统能够忽略关断之前的限流故障条件，从而提高系统的故障容限。它还可以实现故障自我修正和恢复，无需中断服务。当然，也许最好的是永远保持在限流模式下，不必纠错和命令关断。

一旦故障发生，设计工程师有两个选择来设置恢复方法。自动重启功能将重新初始化，并在预先设定的某一时间段之后闭合开关。这种功能可以通过让开关断开来确保最大限度的保护，而且由于无需用户重启，因此尽可能地减少系统中断。如果没有自动重启功能，用户可能需要重新开机以清除故障。

自简单的开关开始，负载开关经历了很长的发展路程，现在它不仅能够提供关键的功能，还为消费电子设计工程师带来许多改进措施。随着额外保护功能的增加，这也正是集成化的特征，我们现在看到一种趋势，即负载开关不仅提供功能，还可提供反馈至应用处理器的相关信息。

功能性的下一步发展→提供信息

至此，我们已经讨论了负载开关从简单开关到日趋复杂的功能集成级别的发展历程。下一个趋势很可能是提供信息。虽然负载开关不能告诉应用控制器事件发生的原因，但却可以提供有关事件发生内容的信息。

尽管这还只是初始阶段，现在的负载开关能够提供有助于决策制定的信息，例如，若负载开关通知应用处理器，因过流故障已关断，而应用控制器知道这个负载开关连接到 USB 端口，那么，应用处理器就可以推断有一个不兼容的器件被连接。知道了这一点，控制器就可以选择适当的替代算法来执行，或者是请求用户干预。虽然并没有提供大量信息，但已有可能把客户的不满减至最少，改善总体体验，同时完成主要的保护作用。

除了故障信息之外，还有可能提供输入电压的评测信息。如果存在输入电压，就表示有器件连接。了解到这一点，而且若一切看起来均正常，该信息可用于触发其它事件。这一信息可让应用处理器更好地了解正在发生什么，并能够进行适当的响应。

结语

本文回顾了负载开关的主要发展历史，并介绍了其在功能方面的最新成果。有一点至关重要，而这里并没有讨论到的是：我们必须认识到，包括硅技术和先进封装开发的支持技术是实现这些趋势和功能性水平的关键使能因素。在任何情况下，对于丰富的新型消费电子产品及其附件，负载开关显然起着重要的电路保护作用。