雙通道單芯片理想二極管通過(guò)無(wú)毛刺切換優(yōu)先考慮電源

移動(dòng)設(shè)備越來(lái)越依賴于多種必須可即時(shí)互換的電源，例如墻上適配器和備用電池，其中電源之間的切換必須是透明和即時(shí)的。在兩個(gè)電源之間切換的最簡(jiǎn)單方案是簡(jiǎn)單的二極管OR，但在較高的電流水平下，二極管中的功率損耗是一個(gè)問(wèn)題。為了最大限度地降低功率損耗并最大限度地延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間，用 LTC4415 雙通道單片式理想二極管取代傳統(tǒng)二極管 OR-中的肖特基。

LTC4415 在一個(gè) 1.7V 至 5.5V 的輸入電壓范圍內(nèi)高效、智能地在兩個(gè)電源之間切換。當(dāng)用于圖 1 所示的二極管或應(yīng)用時(shí)，LTC4415 通過(guò)理想二極管 D1 從墻上適配器提供負(fù)載電流，直到其電壓降至由 EN1/EN2 上的電阻分壓器設(shè)定的 4.5V 開(kāi)關(guān)門限以下。禁用 D1 后，電池將通過(guò) D2 提供負(fù)載電流。STAT1和STAT2指示哪個(gè)理想二極管正在導(dǎo)通。

圖1.墻上適配器和電池之間的自動(dòng)理想二極管切換。

特征

圖 2 示出了當(dāng)負(fù)載電流低于 500mA 時(shí)，LTC4415 以一個(gè) 15mV 的穩(wěn)壓正向壓降導(dǎo)通，與 LTC4413 相比改善了 >28mV。一旦負(fù)載電流攀升到該電流以上，LTC4415 將以一個(gè) 50mΩ 的導(dǎo)通電阻工作，在此區(qū)域比 LTC4413 提高了 140mΩ。在 4A 電流下，LTC4415 僅產(chǎn)生一個(gè) 200mV 的正向壓降，與一個(gè)典型的肖特基二極管相比降低了 50% 以上，后者將產(chǎn)生一個(gè)大于 400mV 的正向壓降。由于其正向壓降低，LTC4415 在 4A 時(shí)的功耗不到典型、低反向漏電肖特基二極管的一半，在 2A 時(shí)的功耗不到四分之一，如圖 3 所示。

圖2.LTC4415 I-V 曲線和工作區(qū)域與典型肖特基二極管的關(guān)系。

圖3.LTC4415 在 4A 時(shí)的功耗僅為 800mW，比一個(gè)肖特基二極管耗散的 1700mW 低 50% 以上。

LTC4415 的另一個(gè)有用特性是短路保護(hù)。LTC4415 的電流限值可利用 R1 和 R2 調(diào)節(jié)至 4A。消除R1和R2，并將CLIM1和CLIM2接地，而是觸發(fā)6A的內(nèi)部限制。電流限制是通過(guò)一種新穎的方法實(shí)現(xiàn)的，該方法允許 LTC4415 既檢測(cè)負(fù)載電流，又同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)縮放模擬電壓，用于在同一電流限制電阻器兩端進(jìn)行負(fù)載電流監(jiān)視。圖 4 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的框圖。這消除了串聯(lián)損耗，并節(jié)省了與電流檢測(cè)電阻和放大器電路相關(guān)的電路板空間和BOM成本。

圖4.LTC4415 內(nèi)部針對(duì)每個(gè)通道的電流限值檢測(cè)。

LTC4415 P 溝道 MOSFET 專為實(shí)現(xiàn)最小的導(dǎo)通電阻而優(yōu)化，并在電源之間快速切換，而不會(huì)出現(xiàn)任何明顯的負(fù)載下降。圖 5 示出了 LTC4415 在不同電壓的輸入源之間切換，瞬態(tài)驟降僅在 20μs 內(nèi)恢復(fù)。請(qǐng)注意，瞬態(tài)電壓尖峰通常是由電感連接引起的。這可以通過(guò)短引線、適當(dāng)?shù)牟季旨夹g(shù)以及具有適當(dāng)ESR的輸入和輸出旁路電容器來(lái)減少。

圖5.快速路徑切換，瞬態(tài)電壓驟降僅為 5%。

出于狀態(tài)監(jiān)控目的，STATx 和 WARNx 的低電平有效信號(hào)向數(shù)字控制器/處理器提供反饋。STATx 反映給定通道的導(dǎo)通狀態(tài)。它還可用于檢測(cè)源的故障。WARNx 具有雙重目的，即指示路徑是否處于電流限制（當(dāng) STATx 也處于低電平時(shí)）或處于熱關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)管芯溫度超過(guò)160°C時(shí)，將觸發(fā)熱關(guān)斷。 圖6顯示了當(dāng)路徑在電流限制和熱關(guān)斷之間來(lái)回轉(zhuǎn)換時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)如何反映系統(tǒng)行為。在輸出短路后約 25ms 內(nèi)，電流限制處于活動(dòng)狀態(tài)，WARNx 保持低電平。然后，當(dāng)觸發(fā)熱關(guān)斷時(shí)，STATx 變?yōu)楦唠娖?。?dāng)設(shè)備冷卻到 140°C 以下時(shí)，會(huì)發(fā)生重啟，但由于持續(xù)短路而反復(fù)關(guān)機(jī)。

圖6.輸出短路時(shí)的限流警告和熱關(guān)斷。

結(jié)論

LTC?4415 是一款易于使用的高性能理想二極管 OR 解決方案，用于瞬時(shí)電源切換。它只需要四個(gè)外部電阻器和一個(gè)輸出電容器。低功率損耗和狀態(tài)監(jiān)視使得 LTC4415 成為需要具有內(nèi)置保護(hù)功能的雙二極管的應(yīng)用的理想選擇。LTC4415 采用 3mm × 5mm 16 引腳 DFN 和 MSOP 封裝。

審核編輯：郭婷