用单NMOS设计负载开关介绍

用单NMOS设计负载开关介绍

分立式NMOS负载开关

引言：需要通过负载开关将电路或子系统与电源断开有几个原因，一个非常简单和常见的原因是，它有助于节省电力。无电源的子系统可能不会因漏电或备用电流而消耗电力，但在便携式电子设备中负载开关还可用于防止电涌、电池插入错误和其他可能通过电源进入的损坏事件造成的损坏。

1.负载开关的类型

图2-1：NMOS和PMOS寄生模型

在深入研究关键参数之前，我们先来看看不同类型的负载开关。高压侧负载开关将电源连接或断开与负载的连接，开关由外部启用信号控制，高压侧将电源电流切换到负载。低压侧开关将负载接地或断开，从而从负载吸收电流。

负载开关可以容易地用MOSFET实现，MOSFET将电流从电源传递到负载，并通过将控制信号提供给栅极驱动电路以实现控制信号接通或断开MOSFET。

2.N沟道高侧负载开关

N沟道MOSFET具有比相同尺寸的P沟道器件更低的导通电阻值。但为了获得较低的电阻值，在使用N沟道MOSFET实现高侧负载开关时，需要高电压（过驱动）来驱动MOSFET的栅极，见 图2-2 。必须提供高于输入电压Vin的电压用于适当的栅极驱动（因为当NMOS导通时，忽略VDS压降，S点的电位和D点电位相同，均为Vin，要维持NMOS开启，必须VG-Vin＞VGSTHmax），否则MOSFET将不会完全导通。

图2-2：带高电平控制线的N沟道MOSFET高边负载开关

如果没有足够高的电压来驱动栅极，如图2-3可以使用电荷泵电路来增加施加到MOSFET栅极的驱动电压。虽然这增加了电路的复杂性，但N沟道MOSFET的导通电阻较低。但是电荷泵电路将消耗一些功率，因此在系统可能大部分时间处于待机模式的关键应用中，P通道拓扑可以更有效。