ZHCAB91B February   2021  – October 2021 LM5050-1 , LM5050-2 , LM5051 , LM66100 , LM74202-Q1 , LM74500-Q1 , LM74610-Q1 , LM74700-Q1 , LM74720-Q1 , LM74721-Q1 , LM74722-Q1 , LM7480-Q1 , LM7481-Q1 , LM76202-Q1 , SM74611 , TPS2410 , TPS2411 , TPS2412 , TPS2413 , TPS2419

 

  1. 理想二极管基础知识
    1.     商标
  2. 引言
  3. 电池反向保护
    1. 2.1 采用肖特基二极管实现电池反向保护
  4. ORing 电源
  5. 采用 MOSFET 实现电池反向保护
    1. 4.1 采用 P 沟道 MOSFET 实现电池反向保护
    2. 4.2 输入短路和电源中断
    3. 4.3 线路干扰期间的二极管整流
    4. 4.4 采用 N 沟道 MOSFET 实现电池反向保护
  6. 反极性保护与反向电流阻断
    1. 5.1 反极性保护控制器与理想二极管控制器
    2. 5.2 基于 P 沟道和反极性保护控制器的解决方案的性能比较
  7. 什么是理想二极管控制器?
    1. 6.1 线性调节控制与迟滞开/关控制
    2. 6.2 低正向传导损耗
    3. 6.3 快速反向恢复
    4. 6.4 超低关断电流
    5. 6.5 快速负载瞬态响应
    6. 6.6 理想二极管控制器的其他特性
      1. 6.6.1 背对背 FET 驱动理想二极管控制器
      2. 6.6.2 超低静态电流
      3. 6.6.3 无 TVS 运行
  8. 使用理想二极管控制器实现汽车瞬态保护
    1. 7.1 LM74700-Q1 与 N 沟道 MOSFET
    2. 7.2 静态反极性
    3. 7.3 动态反极性
    4. 7.4 输入微短路
    5. 7.5 通过二极管对电源线路干扰进行整流
  9. 采用理想二极管控制器的 ORing 电源
  10. 集成式理想二极管解决方案
  11. 10总结
  12. 11参考文献
  13. 12修订历史记录

线性调节控制与迟滞开/关控制

在线性调节控制中会根据负载电流来控制栅极电压,从而对 MOSFET 的正向电压进行调节。实现线性调节的方法是控制栅极电压,从而根据负载电流改变 MOSFET 的 RDS(ON)。在标称负载电流下,保持栅源电压高于 MOSFET 的 Vth 电压;在较低负载电流下,保持栅源电压接近于 MOSFET 的 Vth 电压,且 RDS(ON) 增大。在较高负载电流下,栅源电压停留在接近于最大栅极驱动电压的水平,且运行时的 RDS(ON) 接近于可能的最低值。根据运行功率要求选择 MOSFET 有助于在大多数负载条件下使 MOSFET 保持在稳压状态。正向电压线性调节以及快速反向电流阻断有助于确保流回输入端的直流电流为零。此外,还有助于在输入电源故障、输入电源瞬变或输入电源电压下降期间尽可能降低峰值反向电流。

在迟滞开/关控制中,当超过正向导通比较器阈值 VFWD_ON 时,MOSFET 完全导通,当达到反向比较器阈值 VREV_OFF 时,MOSFET 关断。当 MOSFET 导通时,栅极得到完全增强,栅源电压不受负载电流的控制。当反向电流达到 VREV_OFF / RDS(ON) 时,MOSFET 关断。请注意,如果反向电流小于 VREV_OFF / RDS(ON),则 MOSFET 无法关断。反向关断阈值 VREV_OFF 是固定的负值,或可编程并允许设置为较小的正值。在反向比较器阈值可编程并可设置为较小的正值的理想二极管控制器中,可以完全阻断直流反向电流。此外,将反向比较器阈值设置为一个较小的正值,可能需要使正向负载电流 VREV_OFF / RDS(ON) 尽可能小才能导通 MOSFET。如果正向负载电流无法保持在最低,则 MOSFET 会持续导通/关断,从而导致栅极电压持续振荡。

表 6-1 线性调节控制与迟滞开/关控制
理想二极管控制器 工作电压范围(绝对最大额定值) 线性调节控制 迟滞开/关控制
LM74700-Q1 ±65V
LM74610-Q1 ±45V
LM5050-1 和 LM5050-1-Q1 ±100V
LM5050-2 ±100V
TPS2410 和 TPS2412 ±18V
TPS2411 和 TPS2413 ±18V
TPS2419 ±18V
LM74701-Q1 ±65V
LM7472x-Q1 ±70V
LM74800-Q1 和 LM74810-Q1 ±70V
LM74801-Q1 ±70V

图 6-1 中的典型应用原理图显示了用于驱动外部 N 沟道 MOSFET 的 LM74700-Q1 理想二极管控制器。MOSFET 的源极与输入端相连,因此体二极管在关断时会阻断反向电流。电荷泵电容器连接在阳极和 VCAP 之间,可提供足够的栅极驱动电压来导通 MOSFET。EN 引脚用于导通 MOSFET,在正常运行期间提供阳极到阴极之间经过调节的低正向压降。下拉 EN 引脚会关断 MOSFET,并且控制器会进入低关断电流模式。当 MOSFET 关断时,负载仍然可以通过 MOSFET 的体二极管汲取功率。

GUID-5BB24184-21BF-4CDB-9561-116B61922E14-low.gif图 6-1 理想二极管控制器 - 典型应用原理图

本节使用图 6-2 所示的功能方框图来讨论 LM74700-Q1 的主要性能特性。理想二极管控制器具有内部电荷泵,可在正常工作期间充分驱动 MOSFET 栅极电平高于阳极,并在检测到反向电流时开启正向比较器并关闭反向电流比较器,以使 MOSFET 体二极管完全阻断反向直流电流。

GUID-856629F8-CAB5-4502-AA9E-2FF6A0799B66-low.gif图 6-2 理想二极管控制器方框图