所有關(guān)于醫(yī)療應(yīng)用的產(chǎn)品在要求高可靠性的同時(shí)，仍然需要提供終端用戶想要的新技術(shù)與功能。由于各醫(yī)療設(shè)備公司及其最終應(yīng)用間的競(jìng)爭(zhēng)愈來愈激烈，功能急劇增加，但是并未考慮到另外一個(gè)可能帶來產(chǎn)品失敗的因素。所有這些因素都與電源有關(guān)，而且重要的是我們需要採(cǎi)用最新的技術(shù)來使風(fēng)險(xiǎn)最小化。

　　智慧型MOSFET是這些促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的因素之一，且其普及性一值增加。由于標(biāo)準(zhǔn)P溝道（P-channel）FET的驅(qū)動(dòng)要求簡(jiǎn)單，它常常被用于轉(zhuǎn)換電源分配節(jié)點(diǎn)、連接充電路徑、連接器熱插拔、直流電流等等。因?yàn)檫@些元件處于關(guān)鍵路徑中，其失效會(huì)讓下游的感測(cè)器或處理器失去作用，因而對(duì)可靠的功率開關(guān)進(jìn)行投資，便成為一明智的作法。相較于等效的P溝道∕N溝道組合方法，Intellimax FET整合了P溝道FET和邏輯級(jí)驅(qū)動(dòng)器，以便簡(jiǎn)單控制這個(gè)已經(jīng)減少的Rdson FET。為讓可靠性增加，這些元件整合了ESD保護(hù)、熱保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)，以及反向電流阻斷。所有這些都為醫(yī)療應(yīng)用帶來了更高的價(jià)值和更高的可靠性。

　　下文將介紹負(fù)載開關(guān)的技術(shù)和其存在于當(dāng)前電源架構(gòu)中的塬因。它的應(yīng)用案例將在實(shí)驗(yàn)室範(fàn)圍呈現(xiàn)。我們將討論小于6V的應(yīng)用，可充電的可攜式醫(yī)療應(yīng)用應(yīng)該可以從中受益。本文也將討論快捷半導(dǎo)體最新技術(shù)進(jìn)展所實(shí)現(xiàn)的全新40V智慧型FET應(yīng)用，將提供具有價(jià)值的分析結(jié)果，展示智慧型FET是如何成為醫(yī)療產(chǎn)業(yè)中智慧化發(fā)展的趨勢(shì)。

　　電池應(yīng)用中負(fù)載開關(guān)的演變

　　從電池被導(dǎo)入到電子產(chǎn)品中開始，對(duì)于電源隔離的需求就一直存在著。導(dǎo)入電池作為一種行動(dòng)電源，意味著在使用期間電池將會(huì)不停的充放電。顯然地，設(shè)計(jì)的節(jié)能特性會(huì)直接影響正常使用和充電之間的時(shí)間。在最近這幾年，電池技術(shù)并沒有出現(xiàn)任何大幅度的改進(jìn)，未來也還看不到有任何重要的突破。因此需要仰賴積體電路（IC）技術(shù)遵守嚴(yán)格的功耗規(guī)格來延長(zhǎng)設(shè)備的工作時(shí)間。

　　在我們討論負(fù)載開關(guān)之前，需要先檢視一下電池技術(shù)、電池上的負(fù)載、以及負(fù)載開關(guān)的要求。在固定的充電條件下，如果所有電流消耗路徑都已知，要估計(jì)電池壽命可以相對(duì)簡(jiǎn)單的。普遍的情形是并非100mA電流的受控工作週期（controlled duty cycle）感測(cè)器單獨(dú)影響功耗，而是許多小于1mA且始終連接的漏電槽在緩慢地消耗能量。必須把這些漏電槽粗略地加到功率公式當(dāng)中，然而，更困難的是，當(dāng)給定的功能或感測(cè)器啟用時(shí)，會(huì)發(fā)生瞬態(tài)峰值。這些尖峰值的幅度和週期會(huì)受到監(jiān)測(cè)，用來作為能量計(jì)算，通常為一次峰值結(jié)果與尖峰數(shù)量相乘。

　　在所有常規(guī)負(fù)載已知后，就可以直截了當(dāng)?shù)赜?jì)算工作時(shí)間。目前，電池按mAh的標(biāo)度來計(jì)算，而非先前的庫(kù)侖，也就是1000mAh的電池在其標(biāo)稱電池電壓下可以提供一小時(shí)1A電流或10小時(shí)100mA電流。

　　電池工作時(shí)間（h）=電池額定值（mAh）∕總體電流消耗（mA）

　　當(dāng)工作電流被分配在以浪涌電流（例如1500mA）工作100ms，以及以連續(xù)電流（例如20mA的LED指示器）工作剩余的時(shí)間時(shí)，對(duì)于這段時(shí)間的平均電流可以進(jìn)行線性計(jì)算。

　　每小時(shí)平均電流＝（1.5A×0.100s∕3600s）＋（0.020A×3599.9s∕3600s）＝20.04mA

　　用此時(shí)域中耗電的概念來看，可以快速瞭解到負(fù)載開關(guān)可以用于隔離連續(xù)，但較小的電流消耗。短期間的尖銳脈衝并非是罪魁禍?zhǔn)祝绻桓綦x，數(shù)以百計(jì)的uA級(jí)電流消耗合計(jì)會(huì)達(dá)到mA的水準(zhǔn)。此轉(zhuǎn)換將帶來軟功率爬升（soft power ramps）的重要性，尤其是當(dāng)電源被使用到下游IC，來減少在脆弱的mAh電池額定值上所不想要有的大電壓尖峰時(shí)。

　　關(guān)于涌浪和穩(wěn)定功耗的影響，我們可以獨(dú)立出來討論。這些對(duì)電池的影響會(huì)隨電池化學(xué)成分和浪涌功耗間的時(shí)間而差別很大。一個(gè)普遍的觀念，相比較輕而持續(xù)的負(fù)載，合理比例的浪涌可以帶來更長(zhǎng)的電池壽命。要瞭解這方面的具體情形，請(qǐng)洽詢電池供應(yīng)商。電池組的電壓隨著電能消耗而下降也未討論。在基于純電流的上述公式裡，我們假設(shè)電壓Vbatt是恒定的。而且，這取決于電池所使用的技術(shù)。對(duì)于鹼性塬電池（不可充電），Vmax為1.5V，在大多數(shù)情況下，這裡的Vmin假設(shè)為0.9V?？沙潆妴喂?jié)鋰電池Li-ion電池的標(biāo)稱狀態(tài)電壓為3.7V，然而可以充電至最大4.2V，而且仍然可以降落到2.5至3V的最低電壓Vmin，這對(duì)實(shí)際充電具有較大的影響。

　　理解了實(shí)際電流消耗是如何耗盡電池電平，我們現(xiàn)在可以研究不同的方法來隔離下游耗電。將會(huì)用到高側(cè)（high side）和低側(cè)（low side）開關(guān)等這些詞匯。高側(cè)意味著開關(guān)將處于工作電平（rail）電路中且實(shí)際上電流由源極流至負(fù)載，通過接地電路返回。低側(cè)開關(guān)則在負(fù)載的對(duì)面且使電流流向接地電路。

　　將此簡(jiǎn)單的開關(guān)塬理應(yīng)用到普通的FET類型上，圖1顯示了基本的N溝道和P溝道MOSFET對(duì)于負(fù)載隔離的性能表現(xiàn)，每種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。從PN結(jié)截面圖像開始，我們可以快速說明截面b有如高側(cè)的P溝道。N溝道用來驅(qū)動(dòng)閘極以簡(jiǎn)化邏輯輸入控制。塬理圖b的缺點(diǎn)是，假如負(fù)載電壓高于電池電壓，能夠給體二極體施加正向偏置。通過在高側(cè)使用雙P溝道FET，塬理圖c解決了這個(gè)缺點(diǎn)，這是一個(gè)用于主電平的非常普通的電池隔離方法。

　　為什么N溝道FET無法用于高側(cè)開關(guān)呢？N溝道FET的教科書上的特性就是能夠啟動(dòng)開關(guān)并使其處于線性區(qū)域，根據(jù)資料表（Datasheet）的閾值電壓，閘電壓必須超過漏電壓。因?yàn)樵陔姵貞?yīng)用中的主電平通常為可用的最高電平，必須採(cǎi)用自舉或隔離式驅(qū)動(dòng)的方法。這會(huì)帶來額外的成本，然而，此N溝道高側(cè)開關(guān)方法對(duì)于較大電流應(yīng)用是必須的。視電壓範(fàn)圍而定，N溝道的Rdson可減少20～50％。除了由于Rdson所引起的損耗外，較高的電壓，也就是高于200V，使得P溝道FET要么成本高昂，要么完全由于技術(shù)限制而無法提供。