理想二极管如何使自己的设计受益

理想的二极管 IC 有点像那些无法引起任何注意的孩子。这些设备确实可以发挥作用，但工程师们有点忘记了它们。理想的二极管 IC 只是使用 MOSFET 来充当二极管，但电压降和漏电大大降低。

理想二极管有三种主要应用。一种是电池供电设备的简单反向电压保护。这只是从电池到应用电路的串联二极管。第二种是作为二极管或用于高可靠性冗余电源。最后是相同的二极管 OR 电路，但用于板载可充电电池和壁式充电器之间的选择电路 - 就像您的手机和许多便携式设备一样。理想二极管（如MAX16915）也用于电源输入的过压保护。

在提到的所有三个应用中，设计人员都可以从标准二极管转向肖特基二极管。这将对正向电压降有很大帮助，标准二极管的电压从 1.1V 下降到 1A 正向电流下的 0.45V 左右。但是，一个理想的二极管会在那个电流下把你带到 85mV，而且它们的成本并不高。另外，它们要小得多。理想二极管 IC 可降低功耗、减少电压损失（对于来自低压电池的情况很重要），并且将占用更少的 PC 板面积。此外，它们还解决了一个很大的肖特基问题。肖特基二极管的反向漏电流非常高——1A 器件约为 1mA。这种泄漏尤其对原电池不利。理想二极管在整个温度范围内的反向漏电流通常小于 1µA。

获得理想的方法有三种。您可以自己制作，将驱动器 IC 用于外部 FET，或者使用带有集成 FET 的设备。驱动 FET 并不像您想象的那么容易。驱动电路控制 MOSFET 上的正向压降以确保电流从一条路径平稳地传输到另一条路径而不会发生振荡，这一点很重要。如果电源出现故障或短路，快速关断可最大限度地减少反向电流瞬变。如果实施得当，理想二极管可以提供前端保护，防止电池反接情况、过压瞬变和浪涌电流。使用外部 FET 的理想二极管控制器 IC 可提供高达 5A 的额定电流和高达 80V 的额定电压。

一个很好的例子

完整理想二极管器件的一个很好的例子是 Maxim 的MAX40200，它工作在 1.5V 至 5.5V 的电源电压下，可处理高达 1A 的电流，采用微型 0.73mm 方形 4 凸点 WLP 或 SOT23-5 封装。它具有热自我保护功能，工作温度范围为 -40° 至 125°C。禁用时，MAX40200 可在任一方向阻断高达 6V 的电压。

图 1：MAX40200 理想二极管电流开关

图 1 中的功能图显示了内部 FET 的独特符号。p 沟道 FET 增加了检测 MOSFET 漏源电压的电路，除了驱动栅极外，还保持体二极管反向偏置。

应该注意的是，与普通二极管不同，这种“理想二极管”不适合对交流电进行整流。在电源为电感耦合的 60Hz 交流电源的应用中，应使用传统二极管作为电路的整流部分。MAX40200 设计用于在不同直流电源之间切换的应用。该芯片在正向电流高达 100mA 时具有约 20mV 的稳压压降。高于此值，在最大额定正向电流为 1A 时，正向压降增加到大约 90mV。这种小的电压降将提高效率并显着增加电池运行时间。IC 的动态响应在应用笔记“二极管 ORing 应用中 MAX40200 的静态和动态行为”中有详细说明。以及评估套件MAX40200EVKIT， 可用。

例如，一个 AAA 电池在约 3V 时具有 1Ah 容量，可用于两节电池。如果肖特基二极管在 1A 时下降 0.36V，而我们的 MAX40200 仅下降 0.09V，则 0.27V 的差异可节省 0.27Wh。因此，您的设备将以 1A 的最大负载运行额外的一刻钟。

图 2：便携式设备的标准电源选择电路。

IC 的热关断温度约为 +154°C，迟滞为 12°C。如果电流超过 ~500mA，则在您的设计中必须注意不要超过此温度。WLP 封装的热性能实际上超过了 SOT 封装。

另一个示例 IC

MAX16141理想二极管控制器的工作与我们的第一个示例大不相同。该芯片提供针对反向电流、过流、输入过压和欠压以及过温条件的系统保护。它将切断并隔离有故障的输入电源。该 IC 的 3.5V 至 36V 宽工作电压范围和 5μA（典型值）的低关断电流使其非常适合汽车应用（并且符合汽车标准）。

图 3：MAX16141理想二极管控制器应用。

在图 3 的电路中，IC 的电荷泵将背靠背外部 nFET 的栅极驱动至高于源极连接 9V。一个快速作用的比较器在输入降至低于输出电压的 1μs（最大值）内阻止反向电流流动。RS 和 OUT 之间的外部电流检测电阻器用于监视电流过载。最大电流是可调的，由您选择的 FET 决定。OVSET 和 UVSET 输入为输入过压和欠压事件提供设定点。MAX16141 采用 4 x 4 x 0.75mm、16 引脚 TQFN 封装，工作温度范围为 -40° 至 125° C。

理想二极管在许多设计中都占有一席之地。我认为它们可能未被充分利用，因为似乎没有人知道将它们放在哪里。它们有时被归类为放大器，有时被归类为电源管理，有时被归类为电路保护。工程师了解这些设备是值得的。

审核编辑：郭婷