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。
 
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(R_DS(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。  
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。  
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。

 

关于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2024财年收入超过90亿美元，全球员工约2.4万人。ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。

作者简介

Frederik Dostal是一名拥有20多年行业经验的电源管理专家。他曾就读于德国埃尔兰根大学微电子学专业，并于2001年加入National Semiconductor公司，担任现场应用工程师，帮助客户在项目中实施电源管理解决方案，进而积累了不少经验。在此期间，他还在美国亚利桑那州凤凰城工作了4年，担任应用工程师，负责开关模式电源产品。他于2009年加入ADI公司，先后担任多个产品线和欧洲技术支持职位，具备广泛的设计和应用知识，目前担任电源管理专家。Frederik在ADI的德国慕尼黑分公司工作。
 

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