Microelectronics - Load Switch.

 

in	M4	M3 Gate	M3	I Load	out2
H	ON	L	ON	O	VCC
L	OFF	M3 Gate Floating → 0인지 1인지 몰랑 → 오동작 위험

 

 

in	M4	M3 Gate	M3	I Load	out2
H	ON	L	ON	O	VCC
L	OFF	H	OFF	X	0

 

 

M3을 pass TR, M4를 control TR이라고 한다. control TR이 없어도 출력은 동일하게 5V가 출력된다. 하지만 이러한 방식은 VCC전압이 제어전압과 같거나 낮은 경우에만 적용 가능하다. VCC = 12V, 제어전압이 5V이면 제어전압이 H이든 L이든 Vgs는 항상 Vto를 넘어서는 제어전압이 걸리므로 항상 ON이다.

 

또한, M3의 Drain과 Gate 사이의 기생 커패시터로 인한 Gate Current를 control TR이 한번 더 줄여주기 때문에 in port에 cpu 등이 연결되어 있을 경우, cpu에 부담을 줄여줄 수 있게 된다. 

 

 

R6(부하,load)을 포함한 실제 회로의 등가 모델은 아래 그림과 같다. 

 

 

커패시터 C2의 영향으로 on/off 시 돌입 전류(in-rush current)가 발생하고 회로의 손상을 야기한다. M3(CEDM8001)의 종류에 따라 돌입 전류를 견딜 수 있는 정도가 다르지만 M3의 경우 500mA가 한계다. 

 

in rush current 1.3A

 

회로의 손상을 방지하기 위해 다음과 같이 회로를 수정했다. 

 

 

커패시터를 추가하여 충방전의 속도를 늦추고 저항을 추가하여 전류의 흐름을 지연시킴으로써 in-rush current를 줄일 수 있었다. 커패시터의 충방전 속도가 빠를수록 in-rush current가 증가하므로 커패시터의 용량을 키워야 한다. 

 

in rush current 330mA

 

이렇듯 저항과 커패시터를 이용하여 돌입 전류를 낮추는 것을 "slow start" 혹은 "soft start"라고 부른다. 이 때의 출력 전압은 다음과 같다. 

 

4.7k

47k

470k

 

저항이 높으면 높을수록 돌입 전류를 낮춰 좋을 것이라 생각했지만 저항을 470k로 했을 때, pass TR이 동작하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 뭐든지 적당한 C와 R 값이 좋다는 것을 알게 되었다. 통상적으로는 pull-up 저항의 1/10 값을 사용한다. 저항 값을 먼저 설정한 후, 커패시터의 값을 조정하는 것이 바람직하다.