理想的二極管 IC 有點像那些無法引起任何注意的孩子。這些設(shè)備確實可以發(fā)揮作用，但工程師們有點忘記了它們。理想的二極管 IC 只是使用 MOSFET 來充當(dāng)二極管，但電壓降和漏電大大降低。

理想二極管有三種主要應(yīng)用。一種是電池供電設(shè)備的簡單反向電壓保護。這只是從電池到應(yīng)用電路的串聯(lián)二極管。第二種是作為二極管或用于高可靠性冗余電源。最后是相同的二極管 OR 電路，但用于板載可充電電池和壁式充電器之間的選擇電路 - 就像您的手機和許多便攜式設(shè)備一樣。理想二極管（如MAX16915）也用于電源輸入的過壓保護。

在提到的所有三個應(yīng)用中，設(shè)計人員都可以從標(biāo)準(zhǔn)二極管轉(zhuǎn)向肖特基二極管。這將對正向電壓降有很大幫助，標(biāo)準(zhǔn)二極管的電壓從 1.1V 下降到 1A 正向電流下的 0.45V 左右。但是，一個理想的二極管會在那個電流下把你帶到 85mV，而且它們的成本并不高。另外，它們要小得多。理想二極管 IC 可降低功耗、減少電壓損失（對于來自低壓電池的情況很重要），并且將占用更少的 PC 板面積。此外，它們還解決了一個很大的肖特基問題。肖特基二極管的反向漏電流非常高——1A 器件約為 1mA。這種泄漏尤其對原電池不利。理想二極管在整個溫度范圍內(nèi)的反向漏電流通常小于 1μA。

獲得理想的方法有三種。您可以自己制作，將驅(qū)動器 IC 用于外部 FET，或者使用帶有集成 FET 的設(shè)備。驅(qū)動 FET 并不像您想象的那么容易。驅(qū)動電路控制 MOSFET 上的正向壓降以確保電流從一條路徑平穩(wěn)地傳輸?shù)搅硪粭l路徑而不會發(fā)生振蕩，這一點很重要。如果電源出現(xiàn)故障或短路，快速關(guān)斷可最大限度地減少反向電流瞬變。如果實施得當(dāng)，理想二極管可以提供前端保護，防止電池反接情況、過壓瞬變和浪涌電流。使用外部 FET 的理想二極管控制器 IC 可提供高達 5A 的額定電流和高達 80V 的額定電壓。

一個很好的例子

完整理想二極管器件的一個很好的例子是 Maxim 的MAX40200，它工作在 1.5V 至 5.5V 的電源電壓下，可處理高達 1A 的電流，采用微型 0.73mm 方形 4 凸點 WLP 或 SOT23-5 封裝。它具有熱自我保護功能，工作溫度范圍為 -40° 至 125°C。禁用時，MAX40200 可在任一方向阻斷高達 6V 的電壓。

圖 1：MAX40200 理想二極管電流開關(guān)

圖 1 中的功能圖顯示了內(nèi)部 FET 的獨特符號。p 溝道 FET 增加了檢測 MOSFET 漏源電壓的電路，除了驅(qū)動?xùn)艠O外，還保持體二極管反向偏置。

應(yīng)該注意的是，與普通二極管不同，這種“理想二極管”不適合對交流電進行整流。在電源為電感耦合的 60Hz 交流電源的應(yīng)用中，應(yīng)使用傳統(tǒng)二極管作為電路的整流部分。MAX40200 設(shè)計用于在不同直流電源之間切換的應(yīng)用。該芯片在正向電流高達 100mA 時具有約 20mV 的穩(wěn)壓壓降。高于此值，在最大額定正向電流為 1A 時，正向壓降增加到大約 90mV。這種小的電壓降將提高效率并顯著增加電池運行時間。IC 的動態(tài)響應(yīng)在應(yīng)用筆記“二極管 ORing 應(yīng)用中 MAX40200 的靜態(tài)和動態(tài)行為”中有詳細說明。以及評估套件MAX40200EVKIT， 可用。

例如，一個 AAA 電池在約 3V 時具有 1Ah 容量，可用于兩節(jié)電池。如果肖特基二極管在 1A 時下降 0.36V，而我們的 MAX40200 僅下降 0.09V，則 0.27V 的差異可節(jié)省 0.27Wh。因此，您的設(shè)備將以 1A 的最大負(fù)載運行額外的一刻鐘。

圖 2：便攜式設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源選擇電路。

IC 的熱關(guān)斷溫度約為 +154°C，遲滯為 12°C。如果電流超過 ~500mA，則在您的設(shè)計中必須注意不要超過此溫度。WLP 封裝的熱性能實際上超過了 SOT 封裝。

另一個示例 IC

MAX16141理想二極管控制器的工作與我們的第一個示例大不相同。該芯片提供針對反向電流、過流、輸入過壓和欠壓以及過溫條件的系統(tǒng)保護。它將切斷并隔離有故障的輸入電源。該 IC 的 3.5V 至 36V 寬工作電壓范圍和 5μA（典型值）的低關(guān)斷電流使其非常適合汽車應(yīng)用（并且符合汽車標(biāo)準(zhǔn)）。

圖 3：MAX16141理想二極管控制器應(yīng)用。

在圖 3 的電路中，IC 的電荷泵將背靠背外部 nFET 的柵極驅(qū)動至高于源極連接 9V。一個快速作用的比較器在輸入降至低于輸出電壓的 1μs（最大值）內(nèi)阻止反向電流流動。RS 和 OUT 之間的外部電流檢測電阻器用于監(jiān)視電流過載。最大電流是可調(diào)的，由您選擇的 FET 決定。OVSET 和 UVSET 輸入為輸入過壓和欠壓事件提供設(shè)定點。MAX16141 采用 4 x 4 x 0.75mm、16 引腳 TQFN 封裝，工作溫度范圍為 -40° 至 125° C。

理想二極管在許多設(shè)計中都占有一席之地。我認(rèn)為它們可能未被充分利用，因為似乎沒有人知道將它們放在哪里。它們有時被歸類為放大器，有時被歸類為電源管理，有時被歸類為電路保護。工程師了解這些設(shè)備是值得的。

審核編輯：郭婷