什么是负载开关，为什么需要负载开关？-电子技术方案|电路图讲解

集成负载开关是可用于开启和关闭系统中的电源轨的电子继电器。负载开关为系统带来许多其它优势，并且集成通常难以用分立元件实现的保护功能。负载开关可用于多种不同的应用，包括但不限于：

●配电

●上电排序和电源状态转换

●减小待机模式下的漏电流

●浪涌电流控制

●断电控制

1什么是负载开关？

集成负载开关是可用于开启和关闭电源轨的集成电子继电器。大部分基本负载开关包含四个引脚：输入电压引脚、输出电压引脚、使能引脚和接地引脚。当通过ON引脚使能器件时，导通FET接通，从而使电流从输入引脚流向输出引脚，并且电能传递到下游电路。

图1.常规负载开关电路图

1.1常规负载开关框图

了解负载开关的架构对于确定负载开关的规范很有帮助。图2所示为基本负载开关的框图，该负载开关包括五个基本模块。可以包含更多模块以向负载开关添加功能。

图2.常规负载开关框图

1.导通FET是负载开关的主要元件，它决定了负载开关可处理的最大输入电压和最大负载电流。负载开关的导通电阻是导通FET的特性，将用于计算负载开关的功耗。导通FET既可以是N沟道FET，也可以是P沟道FET，这将决定负载开关的架构。

2.栅极驱动器以控制方式对FET的栅极进行充放电，从而控制器件的上升时间。

3.控制逻辑由外部逻辑信号驱动。它控制了导通FET和其它模块（如快速输出放电模块、充电泵和带保护功能的模块）的接通和关断。

4.并非所有负载开关中均包含电荷泵。电荷泵用于带有N沟道FET的负载开关，因为栅极和源极（VOUT）间需要有正差分电压才能正确接通FET.

5.快速输出放电模块是一个连接VOUT到GND的片上电阻，当通过ON引脚禁用器件时，该电阻导通。这将对输出节点进行放电，从而防止输出浮空。对于带有快速输出放电模块的器件，仅当VIN和VBIAS处于工作范围内时，此功能才有效。

6.不同的负载开关中还包括其它功能。这些功能包括但不限于热关断、限流和反向电流保护。

1.2负载开关的常见数据表参数和定义

●输入电压范围（VIN）–这是负载开关可支持的输入电压范围。

●偏置电压范围（VBIAS）–这是负载开关可支持的偏置电压范围。为负载开关的内部模块供电可能需要此参数，具体取决于负载开关的架构。

●最大连续电流（IMAX）–这是负载开关可支持的最大连续直流电流。

●导通状态电阻（RON）–这是在VIN引脚与VOUT引脚间测得的电阻，其中考虑了封装和内部导通FET的电阻。

●静态电流（IQ）–这是为器件的内部模块供电所需的电流量，以VOUT上没有任何负载时流入VIN引脚的电流为测量值。

●关断电流（ISD）–这是禁用器件时流入VIN的电流量。

●ON引脚输入漏电流（ION）–这是ON引脚上施加高电压时流向ON引脚的电流量。

●下拉电阻（RPD）–这是禁用器件时从VOUT到GND的下拉电阻值。

下面将概述一些可以通过使用负载开关获得好处的应用。

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）

目前变电站常用的多播报文技术有虚拟局域网（VLAN ）、GMRP （GARP 多
播注册协议）和静态多播地址表，选择合适的网络过滤方式，对于变电站的改扩建工作至关重要。

1.1数字化变电站的信息分层结构

IEC 61850 标准是变电站自动化领域最为完善的通信标准，该标准将变电站自动化系统分为三个层次，即站控层、间隔层、过程层。站控层包括监控主机、操作员工作站、远动工作站、工程师工作站、GPS对时装置等，形成全站监控管理中心。间隔层包括继电保护装置、测控装置等二次设备。过程层包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等一次设备及其所属的智能组件。如图11所示。

数字化变电站相比较于传统变电站，过程层发生了很大的变化。传送模拟量和开关量的大量错综复杂的电缆被一些交换机和网线所代替，信息的交互由基于硬接线的方式，变为了基于网络的方式。常规的电压互感器和电流互感器被电子互感器所取代。

                                         图 1-1数字变电站信息分层结构
 

1.2过程层网络的实现技术

过程层网络上传输的大部分数据都是组播，而组播不加过滤的话，交换机会把它和广播一样处理，因此，这就需要我们对组播进行有效的管理和过滤，以减少网络负载，提高网络的效率，降低网络上的延时等。交换机对组播进行管理和过滤的通用方法有VLAN、GMRP、IGMPSnooping、CGMP等。由于GOOSE报文和SV报文不属于IP组播，只是二层的MAC组播，因此IGMPSnooping和CGMP不是特别适用。所以，目前在变电站内用于管理和过滤组播的主要有三种方式，即VLAN，GMRP和静态多播地址表。虚拟局域网VLAN 技术是目前使用最为普遍的一种组网技术。相信很多人对该技术都有所了解，今天我们着重来探讨一下GMRP在组网当中的应用。

1.3组播管理协议GMRP

GMRP 动态组播管理协议。GMRP（GMRP Multicast Registration Protocol）组播注册协议是通用属性注册协议（GARP）的一部分，用于维护交换机中的动态组播注册信息。所有支持GMRP特性的交换机都能接受来自其他交换机中的动态组播注册信息，来动态的更新本机的组播注册信息。同时也能够将本机的在组播注册信息向其他交换机传播，以使同一子网内所有支持GMRP特性的设备的组播信息达成一致。GMRP传播的组播注册信息既包括本地交换机上上手工配置的静态组播注册信息，也包括由其他交换机注册到本地交换机上的组播注册信息。

1.4GMRP协议的工作过程

当一台装置想加入某个多播组时，首先发出GMRP加入报文，交换机将接到的GMRP加入报文的端口加入该多播组，并在VLAN中广播该GMRP加入报文，VLAN中的多播源就知道了多播成员的存在。当组播源向组播组发送组播报文时，交换机只把该报文从先前加入到该组播组的端口转发出去，从而实现VLAN内的二次组播。如图 12所示。

此外，交换机会周期性发送GMRP查询，如果装置想留在组播组中，它就会响应GMRP查询，在这种情况下交换机不进行任何操作，如果装置不想留在组播组中，它既可以发送一个leave消息也可以不响应GMRP查询，一旦交换机收到装置的leave消息或者计时器设定期间没有收到响应消息，它便从组播组中删除该装置。

 图 1-2 GMRP基本原理

该协议特别适合智能变电站过程层网络中基于订阅/发布机制的IEC 61850 9-2采样值和GOOSE信息传输。与VLAN相比，GMRP无需对交换机进行繁琐配置（仅需交换机启用GMRP功能），方便变电站的改扩建工作，有效降低了运行维护的难度。但是需要装置网卡驱动程序的支持。

1.5 GMRP 在DT6000E光数字测试仪中的应用

周立功致远电子生产的光数字测试仪DT6000E，应用软件拥有独立的GMRP功能，该功能可以发送任意类型的GMRP报文，并且可以解析接收到的GMRP报文。

GMRP模块在DT6000E设备总共分为注册、发送测试和接收测试页面。

1.5.1GMRP注册

GMRP注册是设备向交换机固定发送JOIN IN报文，用户可以增加修改组播地址，选择发送端口，并且可以更改发送间隔时间（500s-60000s）这样从测试仪发送出来的数据，交换机都只会转发给同组内的其他设备，而没有加入到该组中的设备不会收到测试仪发送出来的数据。如图 13所示点击“开启GMRP”即设备开始发送GMRP报文。

图 1-3 GMRP注册页面

1.5.2GMRP 发送测试

GMRP发送测试比较类似于GMRP注册，不同点在于该测试可以发送任意类型的GMRP
报文，并且报文发送时间间隔的最小值由原来的500s降低为1s。

1.5.3GMRP 接收

接收测试页面用于接收来自其他设备发送的GMRP报文。界面枚举出报文类型，以及
组播地址。并且对报文内容也可以做到解析。如图 14所示：

图 14 GMRP报文接收和解析

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）