如何評估開關(guān)的通流能力？

開關(guān)通流能力

通用模擬開關(guān)廣泛用于掃地機(jī)器人、交換機(jī)、通訊基站等應(yīng)用中，主要用于信號切換，包含系統(tǒng)輸入信號的選擇、功率器件的控制信號切換和通訊接口的切換等。

由于模擬開關(guān)不是理想的開關(guān)，開關(guān)引入的電阻、電容會導(dǎo)致輸入信號幅度減小，波形失真等問題，所以開關(guān)的參數(shù)選擇需要根據(jù)系統(tǒng)的誤差需求。

在通信應(yīng)用中，開關(guān)通常用于功率管控制信號的切換，用于收發(fā)通道的時分復(fù)用或者功率管的保護(hù)，此時由于寄生電容的影響，切換過程中會導(dǎo)致電流突變，所以在該應(yīng)用中需要額外關(guān)注開關(guān)的通流能力。

本文主要探討如何評估開關(guān)的通流能力。 開關(guān)的通流能力主要受芯片的功耗，封裝散熱能力，芯片內(nèi)部設(shè)計的通流能力影響 。下面將對這幾方面因素進(jìn)行詳細(xì)的探討。

T P W4157

芯片功耗和散熱能力

當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，其等效于一個電阻，電阻大小即開關(guān)的導(dǎo)通阻抗Ron，與供電電壓、輸入輸出電壓等條件相關(guān)，可在開關(guān)的數(shù)據(jù)手冊中查詢到。

該電阻跨接于輸入輸出之間，當(dāng)有電流流過時，該電阻會產(chǎn)生功率損耗，從而產(chǎn)生熱量。受熱量限制的通流能力可以通過芯片的熱阻、最大支持的結(jié)溫和需要滿足的工作環(huán)境溫度計算得出。

思瑞浦（3PEAK） 低導(dǎo)通阻抗的SPDT開關(guān)TPW4157 ，其導(dǎo)通阻抗在4.5V供電時，典型值為0.95ohm，封裝SC70的熱阻為θJA為400℃/W。

假定產(chǎn)品工作環(huán)境最高為65℃，開關(guān)能支持的最高結(jié)溫為150℃，假定通過的電流為Ion，根據(jù)熱量計算公式，計算如下：

Ion ^2^ ×Ron≤(150-65)/400

則計算出

Ion(max)=0.47A

T P W4157

芯片內(nèi)部設(shè)計限制

開關(guān)的通流能力還取決于內(nèi)部的設(shè)計。

制約通流能力的主要為金屬線和連接各金屬層的過孔。在模擬開關(guān)的設(shè)計中，過孔在設(shè)計時通流能力會遠(yuǎn)大于金屬走線，所以芯片內(nèi)部的通流能力主要取決于 金屬線的寬度 。

思瑞浦（3PEAK）的 TPW4157的金屬走線最小寬度為52um 。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計文件，查到金屬線的寬度與持續(xù)通流能力和能承受的峰值電流的參數(shù)，如下方表格所示：

注：W是指金屬線的寬度，單位um，這些參數(shù)的溫度條件是結(jié)溫110℃。

則通過計算：

TPW4157設(shè)計上保證的持續(xù)通流電流為：

1.68mA?um×52um=87.4mA

峰值電流為：

[30×52^-0.32^ ]mA?um×52um=440.6mA

通過計算出的持續(xù)通流能力和峰值電流能力，可以評估在開關(guān)切換的應(yīng)用場景中，所選開關(guān)是否符合要求。

如果通過開關(guān)的電流是周期性變化的，比如占空比為D，峰值電流Ip，谷值電流I L ，計算平均電流，公式如下：

I RMS =I p ×D+I L ×(1-D)

則評估時除了需要保證峰值電流在開關(guān)的承受能力內(nèi)，還要保證平均電流小于開關(guān)持續(xù)的通流電流。

總結(jié)

綜上所述，評估開關(guān)的通流能力通常需要從設(shè)計上和應(yīng)用上進(jìn)行分析。如果選用的開關(guān)的導(dǎo)通電阻較小，則通流能力主要受到開關(guān)內(nèi)部金屬走線寬度的限制。