利用理想二极管，实现稳健的电源

摘要

稳健的系统通常允许使用多个电源。使用多个不同电源为器件供电时，需要部署若干开关以将电源相互分隔开，以防损坏。对此，固然可在电源路径中使用多个二极管来实现，但更灵活、更高效的方法是使用理想二极管。本文将介绍此类理想二极管的优势。文中将展示两个版本的理想二极管：一个是无需根据电压电平选择输入电源轨的理想二极管；另一个版本则更加简单，始终由更高的电压为系统供电。

引言

在许多应用中，可使用多个不同的电压源进行供电。对于电池供电的设备，除了使用主电源外，通常还可使用插入式电源作为备用方案。还有一种常见的做法是，通过一根USB线缆，使用墙插式AC-DC转换器作为除主电源外的另一种供电方式。

器件供电方式的多样化不仅对用户有益，还能通过增加冗余来提高稳健性。

若要使用多个不同的电压源，在设计电路时就需要付出更多的努力。通常，必须确保一个电源不会逆向流入另一个电源，否则可能会造成损坏。图1所示的简易设置可保护未使用的电压源。电源路径中使用了二极管。此设置能够可靠运行，但有一大限制，即始终使用电压较高的电源为负载供电。二极管在电源路径中也出现了150mV至450mV的压降，因此产生了高功耗，尤其是在低电压时。对于电池供电的设备来说，功耗增加会带来不利影响。

图1.电源路径中有两个带二极管的电源为应用供电。

为了规避上述不利因素，可使用理想二极管。理想二极管是指使用开关（通常是MOSFET）而非二极管的元件。在导通状态下，理想二极管的压降要低得多。压降基于流过开关的实际电流，取决于开关的导通电阻(RDS(ON))。

图2所示的电路有两个理想二极管，由两个LT4422器件来执行理想二极管的功能。在这些集成电路中，由于电源路径中的电阻较低，只有50 mΩ，因此压降也很低。IC自身的功耗仅为10μA，进一步降低了总功耗。图2还显示了一个附加功能。可添加LED作为指示灯，用于在任何给定时间指出哪个电压源正在为负载供电。

因此，图2电路是图1电路的替代方案，具有更低的功耗和更多的特性，比如LED指示灯。

图2.两个理想二极管具有更高的能效并可实现附加功能。

然而，在图2的电路中，有一个特性保持不变，仍然是由电压较高的电压源为器件供电。理想二极管(LT4422)带有使能引脚()，但当IN电压高于OUT电压时，内置MOSFET的体二极管会导通。为了防止这种情况，LT4422的衍生产品LT4423应运而生，在电源路径中使用两个背对背连接的MOSFET，采用特定的排列方式，确保如果另一个MOSFET未同时导通，则相应的体二极管将不允许电流流动。

图3.两个理想二极管，电源的选择与电压源的相应值无关。

在图3所示的电路设计中，可自由确定电源电压来为负载供电。因此，电源的选择与电源电压的相应电平无关。然而，由于需要两个集成的MOSFET，因此在导通时，电源路径中的电阻从50 mΩ (LT4422)增加到了200 mΩ (LT4423)。

此外，带有两个MOSFET (LT4423)的版本还提供集成热关断功能。不同于传统二极管，这个理想二极管在元件温度超过160°C（典型值）时就会关断。此特性有助于创建更加稳健的系统。

理想二极管不仅有助于为器件提供不同的电源选项，还能通过增加冗余来提高稳健性。此外，理想二极管可提供其他特性，比如通过LED检测供电状态、在温度过高时进行关断等。

结论

理想二极管非常适合替代普通二极管，有助于在带有多个电源的系统中提高能效。除了降低功耗，此类理想二极管还兼具灵活性和其他特性，而且易于使用，能够便捷地应用到设计中。尤其是在使用高度集成的器件（如LT4422和LT4423）时，应用起来十分简便。