摘要

穩(wěn)健的系統(tǒng)通常允許使用多個(gè)電源。使用多個(gè)不同電源為器件供電時(shí)，需要部署若干開關(guān)以將電源相互分隔開，以防損壞。對(duì)此，固然可在電源路徑中使用多個(gè)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(yōu)勢(shì)。文中將展示兩個(gè)版本的理想二極管：一個(gè)是無(wú)需根據(jù)電壓電平選擇輸入電源軌的理想二極管；另一個(gè)版本則更加簡(jiǎn)單，始終由更高的電壓為系統(tǒng)供電。

引言

在許多應(yīng)用中，可使用多個(gè)不同的電壓源進(jìn)行供電。對(duì)于電池供電的設(shè)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(guò)一根USB線纜，使用墻插式AC-DC轉(zhuǎn)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(duì)用戶有益，還能通過(guò)增加冗余來(lái)提高穩(wěn)健性。

若要使用多個(gè)不同的電壓源，在設(shè)計(jì)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(shè)置可保護(hù)未使用的電壓源。電源路徑中使用了二極管。此設(shè)置能夠可靠運(yùn)行，但有一大限制，即始終使用電壓較高的電源為負(fù)載供電。二極管在電源路徑中也出現(xiàn)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(duì)于電池供電的設(shè)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(yīng)用供電。

為了規(guī)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(guān)（通常是MOSFET）而非二極管的元件。在導(dǎo)通狀態(tài)下，理想二極管的壓降要低得多。壓降基于流過(guò)開關(guān)的實(shí)際電流，取決于開關(guān)的導(dǎo)通電阻(RDS(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(zhí)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(fù)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(xiàn)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(dāng)IN電壓高于OUT電壓時(shí)，內(nèi)置MOSFET的體二極管會(huì)導(dǎo)通。為了防止這種情況，LT4422的衍生產(chǎn)品LT4423應(yīng)運(yùn)而生，在電源路徑中使用兩個(gè)背對(duì)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(dǎo)通，則相應(yīng)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(yīng)值無(wú)關(guān)。

在圖3所示的電路設(shè)計(jì)中，可自由確定電源電壓來(lái)為負(fù)載供電。因此，電源的選擇與電源電壓的相應(yīng)電平無(wú)關(guān)。然而，由于需要兩個(gè)集成的MOSFET，因此在導(dǎo)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(tǒng)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(wěn)健的系統(tǒng)。

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

結(jié)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(tǒng)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(yīng)用到設(shè)計(jì)中。尤其是在使用高度集成的器件（如LT4422和LT4423）時(shí)，應(yīng)用起來(lái)十分簡(jiǎn)便。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財(cái)年收入超過(guò)90億美元，全球員工約2.4萬(wàn)人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.analog.com/cn。

作者簡(jiǎn)介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專家。他曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，幫助客戶在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國(guó)慕尼黑分公司工作。