理想的二極管IC有點(diǎn)像那些無法引起任何關(guān)注的孩子之一。這些設(shè)備確實(shí)可以有所作為，但工程師們有點(diǎn)忘記了它們。理想的二極管IC只需使用MOSFET來充當(dāng)二極管，但壓降和泄漏大大降低。

理想二極管有三種主要應(yīng)用。一種是電池供電設(shè)備的簡(jiǎn)單反向電壓保護(hù)。這只是一個(gè)從電池到應(yīng)用電路串聯(lián)的二極管。第二種是作為高可靠性冗余電源的二極管或。最后一個(gè)是相同的二極管OR電路，但用于在板載可充電電池和壁式充電器之間進(jìn)行選擇電路，就像您的手機(jī)和許多便攜式設(shè)備一樣。理想二極管（如MAX16915）也用于電源輸入端的過壓保護(hù)。

設(shè)計(jì)人員可以在上述所有三種應(yīng)用中從標(biāo)準(zhǔn)二極管轉(zhuǎn)向肖特基二極管。這將對(duì)正向壓降有很大幫助，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)二極管的電壓從1.1V到0A正向電流下的45.1V左右。但是，理想的二極管在該電流下將使您降至85mV，而且成本不高。另外，它們要小得多。理想的二極管IC可降低功耗，降低電壓損耗（來自低壓電池時(shí)很重要），并且占用的PC板面積更小。此外，他們解決了一個(gè)很大的肖特基問題。肖特基二極管具有非常高的反向漏電流——1A 器件約為 1mA。這種泄漏尤其不利于原電池。理想二極管在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的反向漏電流通常小于1μA。

有三種方法可以獲得理想。您可以自己制作，將驅(qū)動(dòng)器IC用于外部FET，或使用具有集成FET的器件。驅(qū)動(dòng)FET并不像您想象的那么容易。驅(qū)動(dòng)電路必須控制 MOSFET 兩端的正向壓降，以確保電流從一條路徑平穩(wěn)傳輸?shù)搅硪粭l路徑而不會(huì)發(fā)生振蕩。如果電源發(fā)生故障或短路，快速關(guān)斷可將反向電流瞬變降至最低。如果實(shí)現(xiàn)得當(dāng)，理想的二極管可以提供針對(duì)電池反向條件、過壓瞬變和浪涌電流的前端保護(hù)。理想的二極管控制器 IC 使用外部 FET，可提供高達(dá) 5A 的額定電流和高達(dá) 80V 的額定電壓。

一個(gè)很好的例子

Maxim的MAX40200是完整理想二極管器件的一個(gè)很好的例子，它工作在1.5V至5.5V電源電壓，可處理高達(dá)1A電流，采用纖巧的0.73mm方形4焊球WLP或SOT23-5封裝。它具有熱自保護(hù)功能，可在 -40° 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)工作。 禁用時(shí)，MAX40200阻斷任一方向高達(dá)6V的電壓。

圖1：MAX40200理想二極管電流開關(guān)

圖1中的功能圖顯示了內(nèi)部FET的唯一符號(hào)。p溝道FET增加了電路來檢測(cè)MOSFET漏源電壓，除了驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O外，還保持體二極管反向偏置。

應(yīng)該注意的是，與普通二極管不同，這種“理想二極管”不適合整流交流電。在電源為電感耦合60Hz AC的應(yīng)用中，電路的整流部分應(yīng)使用傳統(tǒng)二極管。MAX40200設(shè)計(jì)用于在不同直流電源之間切換的應(yīng)用。該芯片具有~20mV的穩(wěn)壓降，正向電流高達(dá)100mA。在此之上，在最大額定正向電流為90A時(shí)，正向壓降增加到約1mV。這種小的壓降將提高效率并顯著增加電池工作時(shí)間。IC的動(dòng)態(tài)響應(yīng)詳見應(yīng)用筆記“MAX40200在二極管ORing應(yīng)用中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為”。此外，還提供評(píng)估板MAX40200EVKIT。

例如，AAA電池在~1V時(shí)具有3Ah容量，用于兩節(jié)電池。如果肖特基二極管在0A時(shí)壓降36.1V，而MAX40200僅壓降0.09V，則0.27V差值可節(jié)省0.27Wh。因此，您的設(shè)備將在 1A 最大負(fù)載下額外運(yùn)行一刻鐘。

圖 2：便攜式設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源選擇電路。

該 IC 的熱關(guān)斷溫度約為 +154°C，遲滯為 12°C。如果電流超過~500mA，則必須在設(shè)計(jì)中注意不要超過此溫度。WLP封裝的熱性能實(shí)際上超過了SOT封裝。

另一個(gè)示例 IC

MAX16141理想二極管控制器的工作與我們的第一個(gè)例子大不相同。該芯片針對(duì)反向電流、過流、輸入過壓和欠壓以及過熱情況提供系統(tǒng)保護(hù)。它將切斷并隔離有故障的輸入電源。該 IC 的 3.5V 至 36V 寬工作電壓范圍和 5μA （典型值） 的低關(guān)斷電流使其非常適合汽車應(yīng)用（并且符合汽車標(biāo)準(zhǔn)）。

圖 3：MAX16141 理想二極管控制器應(yīng)用

在圖3的電路中，IC的電荷泵將背靠背外部nFET的柵極驅(qū)動(dòng)至源極連接上方9V。一個(gè)快速動(dòng)作比較器在輸入低于輸出電壓的 1μs （最大值） 內(nèi)阻斷反向電流。RS 和 OUT 之間的外部電流檢測(cè)電阻器可監(jiān)視電流過載。最大電流可調(diào)，由您選擇的 FET 決定。OVSET 和 UVSET 輸入為輸入過壓和欠壓事件提供設(shè)定點(diǎn)。MAX16141采用4 x 4 x 0.75mm、16引腳TQFN封裝，工作溫度范圍為-40°至125°C。

審核編輯：郭婷