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

　　智慧型MOSFET是這些促進技術進步的因素之一，且其普及性一值增加。由于標準P溝道（P-channel）FET的驅(qū)動要求簡單，它常常被用于轉(zhuǎn)換電源分配節(jié)點、連接充電路徑、連接器熱插拔、直流電流等等。因為這些元件處于關鍵路徑中，其失效會讓下游的感測器或處理器失去作用，因而對可靠的功率開關進行投資，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和邏輯級驅(qū)動器，以便簡單控制這個已經(jīng)減少的Rdson FET。為讓可靠性增加，這些元件整合了ESD保護、熱保護、過電流保護、過電壓保護，以及反向電流阻斷。所有這些都為醫(yī)療應用帶來了更高的價值和更高的可靠性。

　　下文將介紹負載開關的技術和其存在于當前電源架構中的塬因。它的應用案例將在實驗室範圍呈現(xiàn)。我們將討論小于6V的應用，可充電的可攜式醫(yī)療應用應該可以從中受益。本文也將討論快捷半導體最新技術進展所實現(xiàn)的全新40V智慧型FET應用，將提供具有價值的分析結果，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。

　　電池應用中負載開關的演變

　　從電池被導入到電子產(chǎn)品中開始，對于電源隔離的需求就一直存在著。導入電池作為一種行動電源，意味著在使用期間電池將會不停的充放電。顯然地，設計的節(jié)能特性會直接影響正常使用和充電之間的時間。在最近這幾年，電池技術并沒有出現(xiàn)任何大幅度的改進，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）技術遵守嚴格的功耗規(guī)格來延長設備的工作時間。

　　在我們討論負載開關之前，需要先檢視一下電池技術、電池上的負載、以及負載開關的要求。在固定的充電條件下，如果所有電流消耗路徑都已知，要估計電池壽命可以相對簡單的。普遍的情形是并非100mA電流的受控工作週期（controlled duty cycle）感測器單獨影響功耗，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中，然而，更困難的是，當給定的功能或感測器啟用時，會發(fā)生瞬態(tài)峰值。這些尖峰值的幅度和週期會受到監(jiān)測，用來作為能量計算，通常為一次峰值結果與尖峰數(shù)量相乘。

　　在所有常規(guī)負載已知后，就可以直截了當?shù)赜嬎愎ぷ鲿r間。目前，電池按mAh的標度來計算，而非先前的庫侖，也就是1000mAh的電池在其標稱電池電壓下可以提供一小時1A電流或10小時100mA電流。

　　電池工作時間（h）=電池額定值（mAh）∕總體電流消耗（mA）

　　當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）工作剩余的時間時，對于這段時間的平均電流可以進行線性計算。

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

　　用此時域中耗電的概念來看，可以快速瞭解到負載開關可以用于隔離連續(xù)，但較小的電流消耗。短期間的尖銳脈衝并非是罪魁禍首，如果不隔離，數(shù)以百計的uA級電流消耗合計會達到mA的水準。此轉(zhuǎn)換將帶來軟功率爬升（soft power ramps）的重要性，尤其是當電源被使用到下游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。

　　關于涌浪和穩(wěn)定功耗的影響，我們可以獨立出來討論。這些對電池的影響會隨電池化學成分和浪涌功耗間的時間而差別很大。一個普遍的觀念，相比較輕而持續(xù)的負載，合理比例的浪涌可以帶來更長的電池壽命。要瞭解這方面的具體情形，請洽詢電池供應商。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，我們假設電壓Vbatt是恒定的。而且，這取決于電池所使用的技術。對于鹼性塬電池（不可充電），Vmax為1.5V，在大多數(shù)情況下，這裡的Vmin假設為0.9V。可充電單節(jié)鋰電池Li-ion電池的標稱狀態(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，這對實際充電具有較大的影響。

　　理解了實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。將會用到高側（high side）和低側（low side）開關等這些詞匯。高側意味著開關將處于工作電平（rail）電路中且實際上電流由源極流至負載，通過接地電路返回。低側開關則在負載的對面且使電流流向接地電路。

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

　　為什么N溝道FET無法用于高側開關呢？N溝道FET的教科書上的特性就是能夠啟動開關并使其處于線性區(qū)域，根據(jù)資料表（Datasheet）的閾值電壓，閘電壓必須超過漏電壓。因為在電池應用中的主電平通常為可用的最高電平，必須採用自舉或隔離式驅(qū)動的方法。這會帶來額外的成本，然而，此N溝道高側開關方法對于較大電流應用是必須的。視電壓範圍而定，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，要么完全由于技術限制而無法提供。