探索ADP190/ADP191：高性能邏輯控制高側(cè)功率開關(guān)

作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，常常需要高性能、低功耗的功率開關(guān)來優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。今天，我們就來深入探討Analog Devices推出的ADP190/ADP191邏輯控制高側(cè)功率開關(guān)。

文件下載：ADP191CB-EVALZ.pdf

1. 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

1.1 低導(dǎo)通電阻

ADP190/ADP191在1.8V時(shí)具有低至105mΩ的導(dǎo)通電阻（ (R_{DS(ON)}) ），這意味著在電路中能夠有效減少功率損耗，提高能源效率。在電池供電的設(shè)備中，這一特性尤為重要，能夠延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。

1.2 內(nèi)部輸出放電電阻（ADP191）

ADP191集成了內(nèi)部輸出放電電阻，當(dāng)輸出被禁用時(shí)，可以快速放電輸出電容，這對(duì)于需要快速響應(yīng)的電路設(shè)計(jì)非常有用。

1.3 開啟壓擺率限制（ADP191）

ADP191具備開啟壓擺率限制功能，能夠有效減少輸入浪涌電流，保護(hù)電路中的其他元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.4 低輸入電壓范圍

其輸入電壓范圍為1.1V至3.6V，這使得ADP190/ADP191能夠適應(yīng)多種電源電壓，適用于各種低電壓應(yīng)用場(chǎng)景。

1.5 高連續(xù)工作電流

能夠支持500mA的連續(xù)工作電流，滿足大多數(shù)負(fù)載的需求。

1.6 內(nèi)置電平轉(zhuǎn)換

內(nèi)置的電平轉(zhuǎn)換功能使得控制邏輯可以由1.2V邏輯操作，與現(xiàn)代處理器和GPIO控制器兼容，方便系統(tǒng)集成。

1.7 低接地電流和關(guān)斷電流

接地電流最大僅為2μA，關(guān)斷電流小于1μA，這使得ADP190/ADP191非常適合電池供電的便攜式設(shè)備，能夠有效降低功耗。

1.8 超小封裝

采用0.8mm × 0.8mm、4球、0.4mm間距的WLCSP封裝，占用極小的印刷電路板（PCB）空間，有助于實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

ADP190/ADP191的特性使其在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：

• 移動(dòng)電話：為手機(jī)中的各種模塊提供電源管理，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
• 數(shù)碼相機(jī)和音頻設(shè)備：確保設(shè)備在低功耗下穩(wěn)定運(yùn)行，提高性能。
• 便攜式和電池供電設(shè)備：如平板電腦、可穿戴設(shè)備等，滿足其對(duì)低功耗和小型化的要求。

3. 工作原理

ADP190/ADP191是高側(cè)PMOS負(fù)載開關(guān)，設(shè)計(jì)用于1.1V至3.6V的電源操作。PMOS負(fù)載開關(guān)具有低導(dǎo)通電阻，在VIN = 1.8V時(shí)為105mΩ，能夠支持500mA的連續(xù)電流。其使能引腳具有標(biāo)稱4MΩ的下拉電阻，是一種低接地電流設(shè)備。

ADP191還集成了內(nèi)部輸出放電電阻和控制開關(guān)開啟壓擺率的電路，以限制浪涌電流。

4. 電氣特性

4.1 輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為1.1V至3.6V，適用于多種電源電壓。

4.2 使能輸入

使能輸入具有不同的閾值電壓，根據(jù)輸入電壓的不同而變化。當(dāng)使能引腳電壓高于閾值時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通；低于閾值時(shí)，開關(guān)關(guān)閉。

4.3 接地電流和關(guān)斷電流

接地電流和關(guān)斷電流都非常低，最大分別為2μA和小于1μA，有助于降低功耗。

4.4 導(dǎo)通電阻

導(dǎo)通電阻隨著輸入電壓和負(fù)載電流的變化而變化，在不同的測(cè)試條件下，導(dǎo)通電阻的典型值在80mΩ至160mΩ之間。

4.5 輸出時(shí)間

包括開啟延遲時(shí)間和上升時(shí)間等參數(shù)，這些參數(shù)與輸入電壓、負(fù)載電容等因素有關(guān)。ADP191通過控制開啟壓擺率，能夠有效減少浪涌電流。

5. 熱考慮

在大多數(shù)應(yīng)用中，由于ADP190/ADP191的低導(dǎo)通電阻，其散熱較少。但在高環(huán)境溫度和負(fù)載電流的應(yīng)用中，封裝中產(chǎn)生的熱量可能會(huì)導(dǎo)致芯片的結(jié)溫超過125°C的最大結(jié)溫。

為了保證可靠運(yùn)行，需要關(guān)注影響結(jié)溫的參數(shù)，包括環(huán)境溫度、功率器件的功耗以及結(jié)與環(huán)境空氣之間的熱阻（ (theta{JA}) ）。可以通過以下公式計(jì)算結(jié)溫： [T{J}=T{A}+(P{D}× theta {JA})] 其中， (T{A}) 是環(huán)境溫度， (P{D}) 是芯片的功耗， (theta{JA}) 是結(jié)到環(huán)境的熱阻。

合適的PCB銅面積對(duì)于散熱非常重要，不同的銅面積對(duì)應(yīng)不同的熱阻值。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的銅面積，以確保結(jié)溫不超過125°C。

6. PCB布局考慮

• 增加銅面積：通過增加與ADP190/ADP191引腳相連的銅面積，可以提高散熱效果。但需要注意的是，當(dāng)銅面積增加到一定程度后，散熱效果的提升會(huì)逐漸減小。
• 縮短輸入輸出走線：保持輸入和輸出走線盡可能寬且短，以最小化電路板走線電阻，減少功率損耗。

7. 訂購(gòu)指南

ADP190/ADP191提供了不同的型號(hào)和封裝選項(xiàng)，以滿足不同的應(yīng)用需求。例如，ADP190ACBZ - R7和ADP191ACBZ - R7采用4球晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（WLCSP），適用于對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。同時(shí)，還提供了評(píng)估板ADP190CB - EVALZ和ADP191CB - EVALZ，方便工程師進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

ADP190/ADP191以其高性能、低功耗和小封裝等特點(diǎn)，為電子工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇和使用這些功率開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。大家在使用ADP190/ADP191的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。