反极性保护比较：二极管与 PFET 与智能二极管解决方案

[导读]工程师在选择反极性解决方案时也有很多选择。一些选择包括二极管、P 沟道场效应晶体管 (PFET) 和 TI 的 LM74610-Q1 加 N 沟道场效应晶体管 (NFET)（称为智能二极管解决方案）。在这篇文章中，我将重点介绍所有三种解决方案在汽车应用方面的一些关键方面。

工程师在选择反极性解决方案时也有很多选择。一些选择包括二极管、P 沟道场效应晶体管 (PFET) 和 TI 的 LM74610-Q1 加 N 沟道场效应晶体管 (NFET)（称为智能二极管解决方案）。在这篇文章中，我将重点介绍所有三种解决方案在汽车应用方面的一些关键方面。

我将选择几个特定于应用的参数进行比较：热量、动态反极性、电压中断、连续电源线干扰和静态电流 (Iq) 以及泄漏电流。

1) 热量

在二极管解决方案和 FET 解决方案之间进行选择时，散热通常是决定因素。图 1 显示了我用来比较的电路板。智能二极管是“最酷”的解决方案，其温升如图 2 所示。如果输入电压降至 6V（类似于启停电压），PFET 的温升会高得多，因为 Rdson 在较低的输入电压。当然，看看二极管的温度，你会说“哎哟”。

图 1：用于热比较的电路板

图 2：10A 电流和 V IN = 6V的热测量

2) 动态反极性

动态反极性要求主要来自标准测试要求，例如 ISO7637 和 OEM 特定要求。您可以使用二极管、PFET 和 NFET，但它们的性能与其他组件值相关。图 3 说明了二极管和智能二极管解决方案的性能非常相似，而 PFET 解决方案的电压变为负值（取决于所使用的输出电容器）。由于响应时间较慢，您将需要更大的输出电容器，如图 4 所示。

图 3：动态输入电压反转，12V 至 -20V，Cout = 4.7µF，Io = 0.1A

图 4：动态输入电压反转，12V 至 -20V，Cout = 2200µF，Io = 0.1A

3) 电压中断

电压中断要求专门来自 OEM 规范，旨在模拟电池端子或模块接线处的松散接触。如图 5 所示，二极管和智能二极管解决方案的性能非常相似，而 PFET 解决方案的电压下降非常低。游戏的名称是为小电压中断保持高输出电压。在中断的情况下，反向电流从输出电容器流回输入。在二极管和智能二极管解决方案的情况下，反向电流被阻断。PFET 允许反向电流返回，因此会耗尽输出电容器。实际上，这意味着中断事件的保持时间更短。

图 5：电压中断，12V 至 0V，T = 2ms，Cout = 100µF，Io = 0.1A

4) 电源线干扰/叠加交流电压

持续的电力线干扰要求来自交流发电机在直流电压上产生噪声/交流纹波的事实。如果不阻断反向电流，不同频率的交流纹波会导致高纹波电流。高纹波电流的后果是电解电容器的可靠性较低和温升较高。图 6 显示了纹波电流的差异：二极管为 5KHz，智能二极管解决方案为 7A，PFET 为 25A。

图 6：叠加交流电压，2V 峰峰值在 5KHz 和 Io = 3A

5) 静态电流

静态电流对于汽车应用来说意义重大。一个完整的模块允许的最大待机电流 (Iq) 为 100µA。智能二极管解决方案模拟了一个 Iq 为零的二极管。使用 PFET 解决方案时，Iq 可能会高于 100µA，除非您使用额外的电路来关闭栅极驱动偏置。

6) 漏电流

在大多数单输入应用中，漏电流经常被忽视。它如何在现实世界的场景中发挥作用有时令人困惑。让我们以两个二极管的 ORing 应用为例。如果其中一个输入关闭，您会认为此时的电压为零。然而，由于一些泄漏电流，来自输出的电压会泄漏回输入，您会在那里看到一些电压。如果您从输入中汲取的电流大于泄漏规格，则电压将降至零。肖特基二极管在 25 ° C 时漏电流较低，但在高温下会高得多。例如，一个 MBR1545 二极管在 25 ° C 时漏电流为 1.5µA，在 125 ° C 时漏电流为1mAC. PFET 解决方案具有无限泄漏，因为如果 FET 未关闭，它们允许电流流回输入。相比之下，智能二极管解决方案在 25 ° C 时漏电流为 60µA，在 125 ° C时漏电流为110µA 。