肖特基二極管以多種方式用于實現多源電源系統。例如，高可用性電子系統，如網絡和存儲服務器，使用功率肖特基二極管OR電路來實現冗余電源系統。二極管ORing也用于具有備用電源的系統，例如交流墻上適配器和備用電池供電。功率二極管可與電容器結合使用，以在輸入掉電期間保持負載電壓。在這種情況下，功率二極管與輸入電壓串聯放置，電容器位于二極管的負載側。當電容器提供電源時，反向偏置二極管將負載與驟降輸入隔離開來。

當電流低于幾安培時，肖特基二極管足以滿足這些應用，但對于更高的電流，二極管中由于正向壓降而消耗的多余功率需要更好的解決方案。例如，流過壓降為5.0V的二極管的5A會在二極管內浪費2.5W。這種熱量必須通過PCB上的專用銅區域或用螺栓固定在二極管上的散熱器來散發，這兩者都會占用大量空間。二極管的正向壓降也使其不適用于低壓應用。這個問題需要具有零正向壓降的理想二極管，以節省功耗和空間。

LTC?4352 理想二極管控制器與一個 N 溝道 MOSFET 配合使用可構成一個近乎理想的二極管，以采用 0V 至 18V 輸入電源。圖 1 說明了此解決方案的簡單性。這種理想的二極管電路可以取代功率肖特基二極管，以創建高效的電源ORing或電源保持應用。圖2顯示了理想二極管電路相對于肖特基二極管的節能效果。3A時節省5.10W，節省隨負載電流增加。憑借其快速的動態響應，該控制器在對電壓下降更敏感的低壓二極管OR應用中表現出色。

圖1.控制一個 N 溝道 MOSFET 的 LTC4352 取代了一個功率二極管和相關散熱器，以節省功耗、PCB 面積和壓降。還顯示了：采用 3mm × 3mm DFN-12 封裝 LTC4352 和 SO-8 尺寸 MOSFET 的理想二極管電路的小 PCB 占位面積。

圖2.隨著負載電流的增加，使用理想二極管 （LTC4352 + Si7336ADP） 而不是功率肖特基二極管 （SBG1025L） 所節省的功耗也會增加。

是什么讓它變得理想？

LTC4352 監視 MOSFET 源極 （“陽極”） 和漏極 （“陰極”） 端子兩端的差分電壓。MOSFET 具有一個固有的源極至漏極體二極管，用于在初始上電時傳導負載電流。當輸入電壓高于輸出電壓時，MOSFET導通，導致正向壓降I。負荷? RDS（ON）.R型DS（ON）可以適當地選擇，以在肖特基二極管的壓降上輕松降低 10 倍。當輸入降至輸出以下時，MOSFET 關斷，從而模擬反向偏置二極管的行為。

劣質理想二極管控制技術利用遲滯比較器監視 MOSFET 兩端的電壓。例如，只要輸入至輸出電壓超過25mV，MOSFET就可以導通。但是，選擇較低的關斷閾值可能很棘手。將其設置為正向壓降（例如 5mV），可使 MOSFET 在輕負載電流下反復關斷和導通。將其設置為負值（例如 –5mV）允許直流反向電流。

LTC4352 實施了一種線性控制方法，以避免基于比較器的技術所帶來的問題。它伺服 MOSFET 的柵極，以將 MOSFET 兩端的正向壓降保持在 25mV （圖 3 的 AMP）。在輕負載電流下，MOSFET 的柵極略高于其閾值電壓，以產生 25mV/I 的電阻負荷.隨著負載電流的增加，柵極電壓上升以降低MOSFET電阻。最終，在大負載電流下，MOSFET柵極完全導通，正向壓降隨負載電流線性上升，如I負荷? RDS（開).圖4所示為所得的理想二極管I-V特性。

圖3.LTC4352 的簡化內部結構。

圖4.LTC4352 理想二極管與肖特基二極管的正向 I-V 特性。

在反向電壓條件下，柵極為低電平以完全關閉MOSFET，從而避免直流反向電流。線性方法還提供平滑的電流切換，用于二極管OR應用中緩慢交叉輸入電源。事實上，根據 MOSFET 和走線阻抗，當輸入電源的電壓幾乎相等時，它們會共享負載電流。

快速開關控制

與傳統二極管相比，大多數理想的二極管電路具有較慢的瞬態響應。另一方面，LTC4352 可快速響應輸入至輸出電壓的變化。一個強大的驅動器關斷 MOSFET，以保護輸入電源和電路板走線免受大反向電流的影響。類似地，驅動器快速接通開關，以限制二極管OR應用中電源切換期間的電壓下降。

圖5顯示了3.3V理想二極管OR電路中發生的快速切換事件。最初，VIN1 提供整個負載電流，因為它高于 VIN2。在這種狀態下，MOSFET Q1導通，Q3關斷。短路導致 VIN1 在 VIN2 以下坍塌。LTC4352 的快速響應將關斷 Q1 并接通 Q3，因此負載電流現在可以由 VIN2 提供。這種快速切換最大限度地減少了對負載電壓的干擾，使下游電路能夠繼續平穩運行。

圖5.理想的二極管或快速切換。

為了實現快速開關導通，LTC4352 采用了一個內部充電泵和一個外部儲能電容器。該電容器連接在 CPO 和 SOURCE 引腳之間。CPO 是電荷泵的輸出，可提供高達 100μA 的上拉電流。儲能電容器累積并存儲電荷，在快速導通事件期間，可以調用電荷產生 1.5A 的瞬態 GATE 上拉電流。儲能電容電壓在快速導通后下降，因為它與輸入柵極電容（C國際空間站）的場效應管。對于可接受的壓降，儲能電容值應約為C 的 10 倍國際空間站的場效應管。

禁用快速打開很容易。省略儲能電容會減慢柵極上升時間，由 CPO 上拉電流充電 C 決定國際空間站.當電流流過 MOSFET 體二極管時，柵極緩慢導通可能會導致負載在輸入電壓以下大約一伏特，直到通道增強。這在較高的輸入電壓應用中是可以接受的，例如12V。

像以前那樣做沒有二極管H的事情

LTC4352 通過集成輸入欠壓和過壓保護、用于報告狀態和故障信息的輸出、開路 MOSFET 檢測以及允許反向電流的能力，超越了二極管的功能。

圖 6 示出了具有欠壓和過壓保護功能的 4352V 理想二極管電路中的 LTC5。UV 和 OV 引腳具有具有 0.5V 跳變門限和 5mV 遲滯的比較器（圖 3）。從輸入電源到這些引腳的電阻分壓器設置了一個輸入電壓窗口，典型值為4.36V至5.78V，理想二極管功能在此工作。每當柵極為高電平且功率流過外部 MOSFET 時，STATUS 引腳拉低以點亮綠色 LED。對于 V在在輸入電壓窗口之外，柵極保持關斷，FAULT 引腳拉低以發出故障條件信號。紅色 LED D2 提供視覺指示。需要背靠背MOSFET來阻止在柵極低電平條件下通過其固有的源極-漏極體二極管的傳導。單個MOSFET Q1可用于僅V的情況在超出范圍的指示就足夠了。但應注意的是，當柵極較低時，流過Q1體二極管的負載電流不會導致MOSFET過度散熱。

圖6.具有輸入欠壓和過壓保護功能的5V理想二極管電路。理想二極管功能工作在4.36V < V在<5.78V，否則GATE為低電平。

MOSFET 開關可能失效開路或其 RDS（ON）可能會在多年運行中降低，從而增加開關兩端的壓降。當過大的電流流過MOSFET時，也會導致較大的壓降，這可能是由于輸出短路。LTC4352 可檢測此類故障，并通過其 FAULT 引腳對其進行標記。當 MOSFET 檢測電路檢測到 MOSFET 兩端的正向壓降超過 250mV 時，即使柵極導通，開路 MOSFET 檢測電路也會跳閘。請注意，這種情況僅導致FAULT引腳拉低，但不采取任何操作來關閉開關。表 1 將狀態和故障 LED 狀態轉換為 LTC4352 的工作狀態。

指示燈狀態		理想二極管工作狀態
地位綠色指示燈	故障紅色指示燈	場效應管	紫外線/紫外線
		關閉	不
		上	不
		關閉	是的
		打開	不

REV 引腳上的輸入用于配置 LTC4352 針對反向電流的行為。它為低電平，以實現正常二極管操作，從而阻止反向電流流過外部 MOSFET。驅動 REV 高于 1V 會使柵極完全開啟至其極限，即使在反向電流條件下也是如此。

僅欠壓、過壓和 V抄送欠壓鎖定可以覆蓋此限制以關閉柵極。此功能在允許發生反向電流的電源路徑控制應用中或用于測試目的都非常方便。

熱插拔板上的浪涌控制

當二極管電源輸入流過熱插拔板上的連接器時，LTC4352 可執行雙重任務來控制浪涌電流。同樣，此應用需要背靠背MOSFET，以阻止通過MOSFET體二極管的傳導。浪涌電流通過減慢負載電壓的上升速率來限制。這是通過限制 MOSFET 柵極上的 dV/dt 并在源極跟隨器配置中操作來實現的。

圖 7 示出了將 LTC4352 用于浪涌控制的應用。由于目標是限制柵極上的dV/dt，因此通過省略CPO儲能電容來禁用理想二極管的快速導通特性。柵極電流現在限制在 100μA 的 CPO 上拉電流。為了進一步降低dV/dt，在柵極上增加了一個RC網絡。電阻在由于反向電流或過壓故障導致的快速關斷期間對電容器去耦。電阻器 RG防止Q2中的高頻振蕩。

圖7.控制浪涌電流。

當電路板熱插拔時，長電源引腳首先接觸。LTC4352 上電，但由于 UV 為低，因此保持柵極關斷。在幾毫秒的電路板插入延遲后，短UV引腳接通。如果 VIN 高于 10.8V，則 MOSFET 柵極開始斜坡上升。當柵極達到閾值電壓時，MOSFET 導通，電流開始對輸出充電。Q2工作在源極跟隨器模式，功耗最大。其VDS從VIN開始，降低到25mV/2。應注意浪涌期間的功率耗散是否在MOSFET的安全工作區（SOA）內。

腳踏實地的運營

VIN工作范圍一直延伸到0V。但是，當采用低于2.9V的輸入工作時，VCC引腳上需要一個外部電源。該電源應在2.9V至6V范圍內。對于此范圍的2.9V至4.7V子集，VIN應始終低于VCC。VCC 和 GND 引腳之間還需要一個 0.1μF 旁路電容器。圖8所示為理想二極管電路，其中5V電源為VCC引腳上電。在這種情況下，VIN可以一直工作到0V和高達18V。

圖8.0V至18V理想二極管電路。通過使用 4.7V 至 6V 范圍 （此處為 5V） 的外部電源為 VCC 引腳供電，VIN 可在低至 0V 和高達 18V 的電壓下工作。

對于 2.9V 至 18V 的輸入電源，VCC 引腳上不需要外部電源。取而代之的是，從第27頁繼續使用內部低壓差穩壓器 （Figure 3 中的 LDO） LTC4352 在 VCC 引腳上產生一個 4.1V 電源。對于低于 4.1V 的 VIN，VCC 在低于 VIN 的電壓下跟隨大約 50mV。仍然需要0.1μF VCC電容來實現旁路和LDO穩定性。

結論

電子系統設計中一個始終存在的主題是以更小的外形尺寸和更緊湊的功率預算打包更多的計算。另一個趨勢是降低分布式電源的電壓，這會增加電流以維持功率水平。鑒于這些限制，電路板設計人員必須仔細檢查大電流電源路徑中的每個二極管的功耗和面積消耗。

LTC4352 MOSFET 控制器提供了與二極管相同的功能，但效率更高，溫度更低，尤其是在電流增加時。它還集成了有用的功能，如快速開關控制、0V 操作、欠壓和過壓保護、開路 MOSFET 檢測、允許反向電流的能力、熱插拔功能以及故障和狀態輸出。所有這些功能都封裝在節省空間的 12 引腳 DFN（3mm × 3mm）和 MSOP 封裝中，從而能夠以比傳統二極管更小的尺寸生產理想的二極管解決方案。

審核編輯：郭婷