利用理想二極管，實現穩健的電源
發布時間：2025-5-21 19:40
發布者：eechina
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作者：Frederik Dostal，ADI公司電源管理專家 摘要 穩健的系統通常允許使用多個電源。使用多個不同電源為器件供電時，需要部署若干開關以將電源相互分隔開，以防損壞。對此，固然可在電源路徑中使用多個二極管來實現，但更靈活、更高效的方法是使用理想二極管。本文將介紹此類理想二極管的優勢。文中將展示兩個版本的理想二極管：一個是無需根據電壓電平選擇輸入電源軌的理想二極管；另一個版本則更加簡單，始終由更高的電壓為系統供電。 引言 在許多應用中，可使用多個不同的電壓源進行供電。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。還有一種常見的做法是，通過一根USB線纜，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有益，還能通過增加冗余來提高穩健性。 若要使用多個不同的電壓源，在設計電路時就需要付出更多的努力。通常，必須確保一個電源不會逆向流入另一個電源，否則可能會造成損壞。圖1所示的簡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，因此產生了高功耗，尤其是在低電壓時。對于電池供電的設備來說，功耗增加會帶來不利影響。 
圖1.電源路徑中有兩個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關（通常是MOSFET）而非二極管的元件。在導通狀態下，理想二極管的壓降要低得多。壓降基于流過開關的實際電流，取決于開關的導通電阻(RDS(ON))。 圖2所示的電路有兩個理想二極管，由兩個LT4422器件來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，進一步降低了總功耗。圖2還顯示了一個附加功能�？商砑�LED作為指示燈，用于在任何給定時間指出哪個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2.兩個理想二極管具有更高的能效并可實現附加功能。 然而，在圖2的電路中，有一個特性保持不變，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((SHDN) ̅)，但當IN電壓高于OUT電壓時，內置MOSFET的體二極管會導通。為了防止這種情況，LT4422的衍生產品LT4423應運而生，在電源路徑中使用兩個背對背連接的MOSFET，采用特定的排列方式，確保如果另一個MOSFET未同時導通，則相應的體二極管將不允許電流流動。
圖3.兩個理想二極管，電源的選擇與電壓源的相應值無關。 在圖3所示的電路設計中，可自由確定電源電壓來為負載供電。因此，電源的選擇與電源電壓的相應電平無關。然而，由于需要兩個集成的MOSFET，因此在導通時，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MOSFET (LT4423)的版本還提供集成熱關斷功能。不同于傳統二極管，這個理想二極管在元件溫度超過160°C（典型值）時就會關斷。此特性有助于創建更加穩健的系統。 理想二極管不僅有助于為器件提供不同的電源選項，還能通過增加冗余來提高穩健性。此外，理想二極管可提供其他特性，比如通過LED檢測供電狀態、在溫度過高時進行關斷等。 結論 理想二極管非常適合替代普通二極管，有助于在帶有多個電源的系統中提高能效。除了降低功耗，此類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，應用起來十分簡便。 作者簡介 Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經驗。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，負責開關模式電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。 |
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