Texas Instruments LM74701-Q1理想二极管控制器是符合AEC-Q100汽车类标准的理想二极管控制器。它采用外部N沟道MOSFET作为理想二极管，用于低损耗反向极性保护，正向电压降为20mV。LM74701-Q1适合用于12V汽车系统的输入保护。由于该器件支持3.2V输入电压，因此非常适合用于汽车系统中严苛的冷启动要求。

数据手册：*附件：Texas Instruments LM74701-Q1理想二极管控制器数据手册.pdf

该器件控制MOSFET的栅极，以调节正向压降（20mV时）。该调节方案可在反向电流事件期间实现MOSFET的出色关断，确保零直流反向电流流动。该器件具有快速响应 (<0.75µs) 反向电流阻断功能，因此适合用于在ISO7637脉冲测试和电源故障和微短路条件下具有输出电压保持要求的系统。LM74701-Q1具有独特的集成VDS钳位特性，可让用户实现无TVS输入极性保护解决方案，并在受限的汽车系统中平均节省60%（典型值）的PCB空间。

Texas Instruments LM74701-Q1控制器设有用于外部N通道MOSFET的电荷泵栅极驱动器。当使能引脚处于低电平时，控制器关断并消耗约1µA电流。

特性

• 下列性能符合AEC-Q100标准：
  • 器件温度1级（-40°C至125°C环境工作温度范围）
  • 器件人体模型 (HBM) 静电放电 (ESD) 分类等级2
  • 器件充电器件模型 (CDM) ESD分类等级C4B
• 输入电压范围：3.2V至65V（3.9V启动）
• 反向电压额定值：–33V
• 用于外部N通道MOSFET的电荷泵
• 20mV阳极至阴极正向压降调节
• 关断电流：1µA（EN=低）
• 工作静态电流：80µA（EN=高）
• 峰值栅极关断电流：2A
• 快速响应反向电流阻断：<0.75µs
• 集成电池电压监控开关 (SW)
• 符合汽车ISO7637瞬态要求，无需额外输入TVS二极管（无TVS）
• 8引脚SOT-23封装2.90mm × 1.60mm

功能框图

LM74701-Q1理想二极管控制器技术解析与应用指南

一、产品概述

LM74701-Q1是德州仪器(Texas Instruments)推出的一款汽车级理想二极管控制器，专为12V汽车系统的输入保护设计。这款AEC-Q100 Grade 1认证的器件通过与外部N沟道MOSFET协同工作，实现了低损耗反极性保护功能，典型正向压降仅为20mV。

该控制器特别适合汽车ADAS系统(如摄像头)、车载信息娱乐系统(如主机单元、远程信息处理控制单元)以及汽车USB集线器等应用场景。其3.2V的输入电压支持能力使其能够满足汽车系统中严苛的冷启动要求。

二、关键特性与技术优势

1. ‌宽工作电压范围‌：3.2V至65V输入范围(3.9V启动)，支持-33V反向电压
2. ‌高效能表现‌：
   • 仅20mV的ANODE至CATHODE正向压降调节
   • 1μA关断电流(EN=Low)和80μA工作静态电流(EN=High)
   • 2A峰值栅极关断电流
3. ‌快速响应‌：反向电流阻断响应时间<0.75μs
4. ‌集成化设计‌：
   • 内置电荷泵驱动外部N沟道MOSFET
   • 集成电池电压监测开关(SW)
5. ‌可靠性保障‌：
   • 无需额外输入TVS二极管即可满足汽车ISO7637瞬态要求
   • 8引脚SOT-23封装(2.90mm×1.60mm)

三、工作原理与功能描述

LM74701-Q1通过控制外部MOSFET的栅极，将其配置为一个近乎理想的二极管。其核心工作机制包括：

1. ‌正向电压调节‌：控制器通过调节MOSFET的栅极电压，将正向压降维持在约20mV，显著低于传统二极管方案。
2. ‌反向电流阻断‌：当检测到反向电流时，器件能在0.75μs内快速关断MOSFET，确保无直流反向电流流动。
3. ‌VDS钳位特性‌：独特的集成VDS钳位功能使系统无需TVS二极管即可实现输入极性保护，节省约60%的PCB空间。
4. ‌工作模式‌：
   • 启用模式(EN=High)：控制器激活，MOSFET受控导通
   • 关断模式(EN=Low)：控制器关闭，仅消耗约1μA电流

四、典型应用电路

根据数据手册提供的典型应用示意图，系统配置应包括：

• 输入电容CIN和输出电容COUT
• VCAP引脚连接的0.1μF电荷泵电容CVCAP
• 用于电池电压监测的电阻分压网络R1和R2
• 外部N沟道MOSFET(最大VGS额定值为15V)

特别值得注意的是，该设计实现了"无TVS"的ISO7637-2脉冲1性能，显著简化了外围电路。

五、设计考量与优化建议

1. ‌MOSFET选择‌：应选择VGS额定值≥15V的N沟道MOSFET，并确保其RDS(on)足够低以实现高效能。
2. ‌布局指南‌：
   • 保持功率路径短而宽以降低阻抗
   • 将VCAP电容尽量靠近器件引脚放置
   • 为散热考虑提供足够的铜面积
3. ‌热管理‌：器件结温范围为-40°C至+150°C，在高温环境下需注意降额使用。
4. ‌故障保护‌：利用集成的VDS钳位功能(34-43V)可省去外部TVS二极管，但需确保系统能承受此钳位电压。

六、性能参数详解

1. ‌电气特性‌：
   • 工作输入电压：4-60V
   • 启动阈值：3.9V(上升)，2.2-3.1V(下降)
   • 电荷泵特性：在VANODE=12V时，可提供300-600μA的充电电流
2. ‌开关特性‌：
   • 使能至栅极开启延迟：75-110μs
   • 反向电压检测至栅极关断延迟：0.45-0.75μs
   • 正向恢复延迟：1.4-2.6μs
3. ‌温度特性‌：所有关键参数在-40°C至+125°C范围内均有详细规定，确保汽车级可靠性。

七、应用实例

1. ‌汽车电源保护‌：在12V汽车电池系统中提供反向电流保护，耐受负载突降等瞬态事件。
2. ‌冗余电源OR-ing‌：在多电源系统中实现自动切换，确保系统持续供电。
3. ‌空间受限系统‌：得益于无TVS设计，特别适合摄像头模块等空间受限的汽车电子应用。