谁?影响开关的通流能力

谁?影响开关的通流能力

  通用模拟开关广泛用于扫地机器人、交换机、通讯基站等应用中,主要用于信号切换,包含系统输入信号的选择、功率器件的控制信号切换和通讯接口的切换等。

  由于模拟开关不是理想的开关,开关引入的电阻、电容会导致输入信号幅度减小,波形失真等问题,所以开关的参数选择需要根据系统的误差需求。

  在通信应用中,开关通常用于功率管控制信号的切换,用于收发通道的时分复用或者功率管的保护,此时由于寄生电容的影响,切换过程中会导致电流突变,所以在该应用中需要额外关注开关的通流能力。

  本文主要探讨如何评估开关的通流能力。开关的通流能力主要受芯片的功耗,封装散热能力,芯片内部设计的通流能力影响。下面将对这几方面因素进行详细的探讨。
 

T P W4157 
芯片功耗和散热能力 

  当开关导通时,其等效于一个电阻,电阻大小即开关的导通阻抗Ron,与供电电压、输入输出电压等条件相关,可在开关的数据手册中查询到。

  该电阻跨接于输入输出之间,当有电流流过时,该电阻会产生功率损耗,从而产生热量。受热量限制的通流能力可以通过芯片的热阻、最大支持的结温和需要满足的工作环境温度计算得出。

  思瑞浦(3PEAK)低导通阻抗的SPDT开关TPW4157,其导通阻抗在4.5V供电时,典型值为0.95ohm,封装SC70的热阻为θJA为400℃/W。

  假定产品工作环境最高为65℃,开关能支持的最高结温为150℃,假定通过的电流为Ion,根据热量计算公式,计算如下:

  Ion2×Ron≤(150-65)/400

  则计算出

  Ion(max)=0.47A

T P W4157 
芯片内部设计限制 
 

  开关的通流能力还取决于内部的设计。

  制约通流能力的主要为金属线和连接各金属层的过孔。在模拟开关的设计中,过孔在设计时通流能力会远大于金属走线,所以芯片内部的通流能力主要取决于金属线的宽度

  思瑞浦(3PEAK)的TPW4157的金属走线最小宽度为52um。根据相关的设计文件,查到金属线的宽度与持续通流能力和能承受的峰值电流的参数,如下方表格所示:

  Average DC Current

Layer Material Idc(mA)for minimum
width Metal  
Layer AI 1.68

  
 

  Specification of Peak Current

Item Layer Ipeak(mA/um) Metal
Line Metal
Layer 30*W(-0.32)

  注:W是指金属线的宽度,单位um,这些参数的温度条件是结温110℃。

  
 

  则通过计算: 

  TPW4157设计上保证的持续通流电流为:

  1.68mA⁄um×52um=87.4mA

  峰值电流为:

  [30×52-0.32 ]mA⁄um×52um=440.6mA

  通过计算出的持续通流能力和峰值电流能力,可以评估在开关切换的应用场景中,所选开关是否符合要求。

  如果通过开关的电流是周期性变化的,比如占空比为D,峰值电流Ip,谷值电流IL,计算平均电流,公式如下:

  IRMS=Ip×D+IL×(1-D)

  则评估时除了需要保证峰值电流在开关的承受能力内,还要保证平均电流小于开关持续的通流电流。

// 总结 

  综上所述,评估开关的通流能力通常需要从设计上应用上进行分析。如果选用的开关的导通电阻较小,则通流能力主要受到开关内部金属走线宽度的限制。
 

  思瑞浦(3PEAK)的模拟开关产品,具有带宽高、导通阻抗低等优势,可满足需要进行音频信号IO信号接口信号切换消费类工业类通讯类应用的需求。

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