聪明的 IC 改进了二极管的简单性

工程师知道一个好的设计的基本准则是“保持简单”——但只在可能的范围内这样做。这就是为什么半导体二极管如此强大的原因：它是一种两端器件，从阻断反向直流到交流线路或信号整流，再到捕获和保持峰值(使用相关的电容器)，都有无数的作用。二极管有数千种尺寸和电流/电压额定值以满足这些不同的需求。

至少乍一看，确定何时以及如何从简单的设备转变为不太简单的设备是设计师面临的挑战和困境的一部分。虽然二极管非常有用，但它们有几个缺陷，包括它们的反向漏电流和明确定义的温度系数。一个主要问题是正向压降，介于 0.3 和 0.8 V 之间，具体取决于二极管类型。这是两个方面的问题：在低压系统中，即使低于 1 V 的损耗也可能是可用轨道电势的很大一部分;在更高电流的设计中，压降对应于功率损耗、低效率和可能导致二极管失效的热耗散。

电路设计人员一直在努力应对并适应压降的弱点，但 IC 供应商已经设计了解决方法。虽然这似乎为一个简单的组件增加了不必要的复杂性和成本，以解决一个小问题，但现实情况是，在许多情况下该问题并非微不足道。

德州仪器 (TI) 的一款新产品说明了大众市场应用中的问题，并概述了智能 IC 如何成为解决方案的一部分。保护汽车电子子系统(包括 ADAS(高级驾驶员辅助系统)、动力总成、信息娱乐系统)免受负载突降和其他事件引起的反向电压是标准做法。显而易见的方法是将肖特基二极管(0.4 V 压降)或 PFET 器件与下图所示的电源轨串联。

然而，在这些子系统中，负载电流很容易达到 10 A 或更高，总功耗接近 4 W，除了 Vdrop 损耗(标称电压为 12 V，0.4 V是标称输出的 3.3% 的损失)。

这就是 TI LM74610-Q1智能二极管控制器可以提供帮助的地方。这种带有集成电荷泵的两端器件(如二极管，具有阳极和阴极)为相关的 NFET 器件提供栅极驱动。在正常运行期间，晶体管处于开启状态，并且功耗非常低，静态电流为零(因为没有接地路径)。作为附加的格言，NFET 比 PFET 更受欢迎，因为它们具有较低的导通电阻 (RDS(ON) 和较低的成本。LM74610-Q1 是一款控制器器件， 可与 N 沟道 MOSFET 一同用于反极性保护电路。 其设计用于驱动外部 MOSFET， 串联电源时可模拟理想二极管整流器。 该机制的独特优势在于不以接地为参考， 因此 Iq 为零。

LM74610-Q1 控制器为外部 N 沟道 MOSFET 提供栅极驱动， 并配有快速响应内部比较器， 可使 MOSFET 栅极在反极性情况下放电。 这种快速降压特性有效限制了检测到反极性时反向电流的大小和持续时间。 此外， 该器件设计选用了合适的 TVS 二极管， 符合 CISPR25 5 类 EMI 规范和汽车类 ISO7637 瞬态要求。

LM74610-Q1 可承受高达 45 V 的最大反向电压，并且速度很快(这在瞬态领域很重要)，当电压反向时(CGATE 为 4 nF)，响应时间不到 8 微秒。其 8 引脚、3 mm × 5 mm VSSOP-8 封装产生了一个整体解决方案，其占位面积约为 D2PAK 外壳中肖特基二极管或 PFET 的一半，这是一个额外的优势。