在物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，通信模塊作為物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備的信號(hào)連接核心，肩負(fù)著極為重要的傳輸使命。從智能家居中的溫濕度傳感器，到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)里的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，通信模塊無(wú)處不在，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互聯(lián)互通。然而，其應(yīng)用場(chǎng)景和需求對(duì)自身功耗提出了嚴(yán)苛要求。以 NB-IoT 模塊和 4G CAT1 模塊為例，即便在休眠狀態(tài)下，它們也存在數(shù)個(gè) μA 甚至 mA 級(jí)的功耗。這看似微小的功耗，在大量設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的情況下，會(huì)積累成巨大的能源消耗，不僅增加運(yùn)營(yíng)成本，還可能影響設(shè)備的續(xù)航能力和使用壽命。

負(fù)載開(kāi)關(guān)的基本原理與功能

負(fù)載開(kāi)關(guān)本質(zhì)上是控制電源與負(fù)載之間通斷的電子器件。其工作機(jī)制如同一個(gè)智能的電路門衛(wèi)，能夠按需導(dǎo)通或切斷電源路徑。當(dāng)負(fù)載需要供電時(shí)，負(fù)載開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，電流順暢地從電源流向負(fù)載，保障設(shè)備正常工作;而當(dāng)負(fù)載處于非工作狀態(tài)或需要節(jié)能時(shí)，負(fù)載開(kāi)關(guān)迅速切斷電源，阻止電流的無(wú)謂損耗。除了基本的通斷功能，負(fù)載開(kāi)關(guān)還集成了過(guò)流保護(hù)、軟啟動(dòng)等實(shí)用功能。過(guò)流保護(hù)功能就像電路中的保險(xiǎn)絲，當(dāng)電流異常增大，超過(guò)負(fù)載所能承受的范圍時(shí)，負(fù)載開(kāi)關(guān)能夠快速響應(yīng)，自動(dòng)切斷電路，避免負(fù)載因過(guò)大電流而燒毀，有效保護(hù)了通信模塊中的敏感電子元件。軟啟動(dòng)功能則如同汽車的緩加速啟動(dòng)，在接通電源時(shí)，它能夠使電流緩慢上升，避免瞬間的電流沖擊，減少對(duì)電路中其他元件的損害，確保通信模塊穩(wěn)定啟動(dòng)。

超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)在通信模塊中展現(xiàn)出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，其中最為突出的便是其極低的漏電流。在設(shè)備待機(jī)或休眠期間，普通負(fù)載開(kāi)關(guān)可能仍會(huì)消耗一定電流，而超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)僅消耗 nA 級(jí)的漏電流，這一微小的電流幾乎可以忽略不計(jì)。以 GLF 超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)為例，其在設(shè)備待機(jī)狀態(tài)下，能夠?qū)崿F(xiàn)超低漏電流以及最低的 RON(導(dǎo)通電阻)，大幅降低了光模塊在實(shí)際應(yīng)用中的功耗。低導(dǎo)通電阻也是超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)的一大亮點(diǎn)。導(dǎo)通電阻越低，電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的能量損耗就越小，這意味著更多的電能能夠被有效利用，轉(zhuǎn)化為設(shè)備的工作能量，而非在傳輸過(guò)程中以熱能的形式浪費(fèi)掉。此外，超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)還具備出色的熱插拔性能。在實(shí)際使用場(chǎng)景中，通信模塊可能需要在帶電狀態(tài)下進(jìn)行插拔操作，此時(shí)熱插拔功能就顯得尤為重要。這些負(fù)載開(kāi)關(guān)集成了軟啟動(dòng)功能，不同的軟啟動(dòng)時(shí)間能夠適應(yīng)不同系統(tǒng)的要求。在熱插拔過(guò)程中，軟啟動(dòng)功能可以使電流平穩(wěn)上升，避免瞬間的大電流沖擊，保護(hù)通信模塊不受損壞。同時(shí)，極低的導(dǎo)通阻抗降低了導(dǎo)通損壞的風(fēng)險(xiǎn)，確保在插拔過(guò)程中能夠保持穩(wěn)定的電源輸出。

典型應(yīng)用案例

案例一：物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)

在一個(gè)由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配備了通信模塊用于數(shù)據(jù)傳輸。這些傳感器節(jié)點(diǎn)通常依靠電池供電，對(duì)功耗的控制直接關(guān)系到電池的使用壽命和維護(hù)成本。采用立锜科技的 RT9718BGQW 可編程負(fù)載開(kāi)關(guān)，該負(fù)載開(kāi)關(guān)具有 1.5A 持續(xù)電流能力、0.5Ω 超低導(dǎo)通電阻及 1.2μA 靜態(tài)電流，非常適合此類應(yīng)用。在傳感器節(jié)點(diǎn)中，RT9718BGQW 被用于無(wú)線模塊的電源域切換。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)時(shí)，通過(guò) MCU 控制負(fù)載開(kāi)關(guān)的 EN 引腳，使其關(guān)閉無(wú)線模塊的電源，此時(shí)負(fù)載開(kāi)關(guān)僅消耗極低的靜態(tài)電流，大大降低了整個(gè)節(jié)點(diǎn)的功耗。而當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，MCU 發(fā)送信號(hào)使負(fù)載開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，為無(wú)線模塊供電，確保數(shù)據(jù)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)送出去。在實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)這種方式，傳感器節(jié)點(diǎn)的電池續(xù)航時(shí)間相比未使用該負(fù)載開(kāi)關(guān)時(shí)延長(zhǎng)了近兩倍，有效減少了人工更換電池的頻率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

案例二：5G 基站通信模塊

5G 基站作為 5G 網(wǎng)絡(luò)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，內(nèi)部包含大量復(fù)雜的通信模塊。這些模塊需要在高負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間的工作狀態(tài)下保持穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)電源管理的要求極高。某 5G 基站采用了 TPS22948DCKR 負(fù)載開(kāi)關(guān)，該負(fù)載開(kāi)關(guān)最大可提供 3A 的持續(xù)輸出電流，能夠滿足多數(shù)中小功率負(fù)載需求，如基站中的傳感器、無(wú)線模塊等。在 5G 基站通信模塊中，TPS22948DCKR 發(fā)揮了按需供電、時(shí)序控制和故障隔離的重要作用。通過(guò) GPIO 控制負(fù)載開(kāi)關(guān)的通斷，基站可以根據(jù)不同模塊的工作狀態(tài)，精準(zhǔn)地為其供電或斷電。在某些時(shí)段，部分通信模塊處于空閑狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載開(kāi)關(guān)將其電源關(guān)閉，避免了不必要的功耗。在基站啟動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)不同負(fù)載開(kāi)關(guān)的軟啟動(dòng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)的有序加電，有效避免了電源軌競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，確?；灸軌蚍€(wěn)定啟動(dòng)。當(dāng)某一子系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的負(fù)載開(kāi)關(guān)能夠快速關(guān)斷，防止故障擴(kuò)散至其他模塊，保障了整個(gè)基站通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，采用 TPS22948DCKR 負(fù)載開(kāi)關(guān)后，5G 基站通信模塊的整體功耗降低了約 15%，同時(shí)系統(tǒng)的可靠性得到了顯著提升，故障發(fā)生率明顯降低。

結(jié)語(yǔ)

超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)憑借其在降低功耗、保護(hù)電路以及適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景等方面的卓越性能，已經(jīng)成為通信模塊電源管理中不可或缺的關(guān)鍵組件。隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G 等通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)通信模塊的功耗要求將愈發(fā)嚴(yán)格，超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)也將迎來(lái)更廣闊的應(yīng)用空間。未來(lái)，我們期待看到更多性能優(yōu)異、功能創(chuàng)新的超低功耗負(fù)載開(kāi)關(guān)產(chǎn)品問(wèn)世，為通信技術(shù)的進(jìn)步注入新的活力，推動(dòng)整個(gè)通信行業(yè)向更加高效、節(jié)能的方向發(fā)展。