利用理想二極管，實(shí)現穩健的電源

引言

在許多應用中，可使用多個(gè)不同的電壓源進(jìn)行供電。對于電池供電的設備，除了使用主電源外，通常還可使用插入式電源作為備用方案。還有一種常見(jiàn)的做法是，通過(guò)一根USB線(xiàn)纜，使用墻插式AC-DC轉換器作為除主電源外的另一種供電方式。

器件供電方式的多樣化不僅對用戶(hù)有益，還能通過(guò)增加冗余來(lái)提高穩健性。

若要使用多個(gè)不同的電壓源，在設計電路時(shí)就需要付出更多的努力。通常，必須確保一個(gè)電源不會(huì )逆向流入另一個(gè)電源，否則可能會(huì )造成損壞。圖1所示的簡(jiǎn)易設置可保護未使用的電壓源。電源路徑中使用了二極管。此設置能夠可靠運行，但有一大限制，即始終使用電壓較高的電源為負載供電。二極管在電源路徑中也出現了150mV至450mV的壓降，因此產(chǎn)生了高功耗，尤其是在低電壓時(shí)。對于電池供電的設備來(lái)說(shuō)，功耗增加會(huì )帶來(lái)不利影響。

圖1 電源路徑中有兩個(gè)帶二極管的電源為應用供電

為了規避上述不利因素，可使用理想二極管。理想二極管是指使用開(kāi)關(guān)（通常是MOSFET）而非二極管的元件。在導通狀態(tài)下，理想二極管的壓降要低得多。壓降基于流過(guò)開(kāi)關(guān)的實(shí)際電流，取決于開(kāi)關(guān)的導通電阻(R_DS(ON))。

圖2所示的電路有兩個(gè)理想二極管，由兩個(gè)LT4422器件來(lái)執行理想二極管的功能。在這些集成電路中，由于電源路徑中的電阻較低，只有50 mΩ，因此壓降也很低。IC自身的功耗僅為10μA，進(jìn)一步降低了總功耗。圖2還顯示了一個(gè)附加功能?？商砑覮ED作為指示燈，用于在任何給定時(shí)間指出哪個(gè)電壓源正在為負載供電。

因此，圖2電路是圖1電路的替代方案，具有更低的功耗和更多的特性，比如LED指示燈。

圖2 兩個(gè)理想二極管具有更高的能效并可實(shí)現附加功能

然而，在圖2的電路中，有一個(gè)特性保持不變，仍然是由電壓較高的電壓源為器件供電。理想二極管(LT4422)帶有使能引腳()，但當IN電壓高于OUT電壓時(shí)，內置MOSFET的體二極管會(huì )導通。為了防止這種情況，LT4422的衍生產(chǎn)品LT4423應運而生，在電源路徑中使用兩個(gè)背對背連接的MOSFET，采用特定的排列方式，確保如果另一個(gè)MOSFET未同時(shí)導通，則相應的體二極管將不允許電流流動(dòng)。

圖3 兩個(gè)理想二極管，電源的選擇與電壓源的相應值無(wú)關(guān)

在圖3所示的電路設計中，可自由確定電源電壓來(lái)為負載供電。因此，電源的選擇與電源電壓的相應電平無(wú)關(guān)。然而，由于需要兩個(gè)集成的MOSFET，因此在導通時(shí)，電源路徑中的電阻從50 mΩ (LT4422)增加到了200 mΩ (LT4423)。

此外，帶有兩個(gè)MOSFET (LT4423)的版本還提供集成熱關(guān)斷功能。不同于傳統二極管，這個(gè)理想二極管在元件溫度超過(guò)160°C（典型值）時(shí)就會(huì )關(guān)斷。此特性有助于創(chuàng )建更加穩健的系統。

理想二極管不僅有助于為器件提供不同的電源選項，還能通過(guò)增加冗余來(lái)提高穩健性。此外，理想二極管可提供其他特性，比如通過(guò)LED檢測供電狀態(tài)、在溫度過(guò)高時(shí)進(jìn)行關(guān)斷等。

結論

理想二極管非常適合替代普通二極管，有助于在帶有多個(gè)電源的系統中提高能效。除了降低功耗，此類(lèi)理想二極管還兼具靈活性和其他特性，而且易于使用，能夠便捷地應用到設計中。尤其是在使用高度集成的器件（如LT4422和LT4423）時(shí)，應用起來(lái)十分簡(jiǎn)便。

作者簡(jiǎn)介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專(zhuān)家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場(chǎng)應用工程師，幫助客戶(hù)在項目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開(kāi)關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專(zhuān)家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。