聰明的 IC 改進(jìn)了二極管的簡(jiǎn)單性

工程師知道一個(gè)好的設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則是“保持簡(jiǎn)單”——但只在可能的范圍內(nèi)這樣做。這就是為什么半導(dǎo)體二極管如此強(qiáng)大的原因：它是一種兩端器件，從阻斷反向直流到交流線路或信號(hào)整流，再到捕獲和保持峰值(使用相關(guān)的電容器)，都有無(wú)數(shù)的作用。二極管有數(shù)千種尺寸和電流/電壓額定值以滿足這些不同的需求。

至少乍一看，確定何時(shí)以及如何從簡(jiǎn)單的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)椴惶?jiǎn)單的設(shè)備是設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)和困境的一部分。雖然二極管非常有用，但它們有幾個(gè)缺陷，包括它們的反向漏電流和明確定義的溫度系數(shù)。一個(gè)主要問(wèn)題是正向壓降，介于 0.3 和 0.8 V 之間，具體取決于二極管類型。這是兩個(gè)方面的問(wèn)題：在低壓系統(tǒng)中，即使低于 1 V 的損耗也可能是可用軌道電勢(shì)的很大一部分;在更高電流的設(shè)計(jì)中，壓降對(duì)應(yīng)于功率損耗、低效率和可能導(dǎo)致二極管失效的熱耗散。

電路設(shè)計(jì)人員一直在努力應(yīng)對(duì)并適應(yīng)壓降的弱點(diǎn)，但 IC 供應(yīng)商已經(jīng)設(shè)計(jì)了解決方法。雖然這似乎為一個(gè)簡(jiǎn)單的組件增加了不必要的復(fù)雜性和成本，以解決一個(gè)小問(wèn)題，但現(xiàn)實(shí)情況是，在許多情況下該問(wèn)題并非微不足道。

德州儀器 (TI) 的一款新產(chǎn)品說(shuō)明了大眾市場(chǎng)應(yīng)用中的問(wèn)題，并概述了智能 IC 如何成為解決方案的一部分。保護(hù)汽車電子子系統(tǒng)(包括 ADAS(高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng))、動(dòng)力總成、信息娛樂(lè)系統(tǒng))免受負(fù)載突降和其他事件引起的反向電壓是標(biāo)準(zhǔn)做法。顯而易見(jiàn)的方法是將肖特基二極管(0.4 V 壓降)或 PFET 器件與下圖所示的電源軌串聯(lián)。

然而，在這些子系統(tǒng)中，負(fù)載電流很容易達(dá)到 10 A 或更高，總功耗接近 4 W，除了 Vdrop 損耗(標(biāo)稱電壓為 12 V，0.4 V是標(biāo)稱輸出的 3.3% 的損失)。

這就是 TI LM74610-Q1智能二極管控制器可以提供幫助的地方。這種帶有集成電荷泵的兩端器件(如二極管，具有陽(yáng)極和陰極)為相關(guān)的 NFET 器件提供柵極驅(qū)動(dòng)。在正常運(yùn)行期間，晶體管處于開(kāi)啟狀態(tài)，并且功耗非常低，靜態(tài)電流為零(因?yàn)闆](méi)有接地路徑)。作為附加的格言，NFET 比 PFET 更受歡迎，因?yàn)樗鼈兙哂休^低的導(dǎo)通電阻 (RDS(ON) 和較低的成本。LM74610-Q1 是一款控制器器件， 可與 N 溝道 MOSFET 一同用于反極性保護(hù)電路。 其設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET， 串聯(lián)電源時(shí)可模擬理想二極管整流器。 該機(jī)制的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于不以接地為參考， 因此 Iq 為零。

LM74610-Q1 控制器為外部 N 溝道 MOSFET 提供柵極驅(qū)動(dòng)， 并配有快速響應(yīng)內(nèi)部比較器， 可使 MOSFET 柵極在反極性情況下放電。 這種快速降壓特性有效限制了檢測(cè)到反極性時(shí)反向電流的大小和持續(xù)時(shí)間。 此外， 該器件設(shè)計(jì)選用了合適的 TVS 二極管， 符合 CISPR25 5 類 EMI 規(guī)范和汽車類 ISO7637 瞬態(tài)要求。

LM74610-Q1 可承受高達(dá) 45 V 的最大反向電壓，并且速度很快(這在瞬態(tài)領(lǐng)域很重要)，當(dāng)電壓反向時(shí)(CGATE 為 4 nF)，響應(yīng)時(shí)間不到 8 微秒。其 8 引腳、3 mm × 5 mm VSSOP-8 封裝產(chǎn)生了一個(gè)整體解決方案，其占位面積約為 D2PAK 外殼中肖特基二極管或 PFET 的一半，這是一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)。