一“接”之誤，電池安危，聊聊電池防反的那些事：MPQ5850的破局之道

為了滿足前端對大電流、快速響應(yīng)和小占地面積的需求，MPS 開發(fā)了基于Boost驅(qū)動模式的MPQ5850-AEC1，它是一款智能的汽車級理想二極管控制器，采用TSOT23-8的超小封裝，芯片尺寸只有2mm*3mm，可以高效驅(qū)動外部N-MOSFET來代替?zhèn)鹘y(tǒng)肖特基二極管或P-MOSFET進行汽車前端反向輸入保護。

圖1 MPQ5850及其典型應(yīng)用電路

01

創(chuàng)新設(shè)計，性能優(yōu)異

MPQ5850芯片內(nèi)部集成的Boost變換器采用固定峰值電流模式控制，可以高效地產(chǎn)生一個高于Drain端12V的電壓，確保精準、穩(wěn)定地驅(qū)動外部N-MOSFET。

圖2 MPQ5850的功能框圖

當Boost變換器輸出的浮動電壓低于12V時，其控制電路即刻會發(fā)送一個開通脈沖，驅(qū)動Boost的下管導(dǎo)通，電感進入充電狀態(tài)。當電感電流上升到設(shè)定的峰值電流220mA時，該脈沖結(jié)束，下管截止，電感隨即通過二極管續(xù)流，進入放電狀態(tài)，直到電感電流減小至0mA，下一個開通周期才會重新啟動。

圖3 MPQ5850內(nèi)部集成的Boost的工作時序圖

這種固定峰值電流模式控制使得Boost的開關(guān)頻率只有800Hz左右，進而帶來很小的靜態(tài)功耗（4μA的關(guān)斷電流和30μA的靜態(tài)工作電流），也使該設(shè)備成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。

02

極小的導(dǎo)通壓降

MPQ5850通過精密調(diào)控外部N-MOSFET的Gate電壓，確保其兩端壓降(VSD）恒定在僅20mV。面對負載電流的動態(tài)變化，該器件展現(xiàn)出卓越的響應(yīng)能力：當負載電流上升時，（找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城）Gate電壓同步上升，直到MOSFET實現(xiàn)完全導(dǎo)通；而當負載電流下降時 ，Gate電壓又能精準下調(diào)，使MOSFET恰好處在理想的線性工作區(qū)，持續(xù)保持20mV的超低壓降。這一特性顯著減少了系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的功率損耗，特別是在大電流場景下，MPQ5850的出色表現(xiàn)成為降低功耗、提升能效的理想之選。

圖4 Gate驅(qū)動狀態(tài)切換

03

超快的保護速度與杰出的整流功能

MPQ5850憑借其出眾的柵極驅(qū)動能力（170mA上拉電流），遠超市場上常見的charge pump驅(qū)動方案（典型為20mA上拉電流），顯著優(yōu)勢不言而喻。

同時由于芯片正常工作于20mV調(diào)制狀態(tài)，使得外部的N-MOSFET工作于理想的線性工作區(qū)而保持較低的Vgs。因此，在面對負壓或反流狀況，MPQ5850展現(xiàn)出超乎尋常的瞬態(tài)響應(yīng)速度，迅速且精準地為后級電路提供全面保護，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

MPQ5850出眾的防反能力和輸入電壓整流性能，確保其完全符合嚴苛的ISO 16750和ISO 7637標準。如圖4所示，該器件在面對IV級別的負脈沖測試和100kHz輸入疊加高頻交流信號測試時，均展現(xiàn)出卓越的性能。

圖5 MPQ5850的ISO 16750負向脈沖測試與ISO 7637輸入整流能力測試波形

04

卓越的Cold Crank工作特性

MPQ5850的獨特之處在于，其內(nèi)部電路運行并非依賴VBATT供電，而是由漏極電壓（VOUT）直接驅(qū)動。這一設(shè)計使得，只要VOUT超過其UVLO閾值電壓，即使在極端冷啟動條件下（當VBATT降至0V時），MPQ5850仍能穩(wěn)定工作。

圖6 MPQ5850的冷啟動測試波形

如果VOUT下降到UVLO閾值以下，則器件將GATE引腳下拉到SOURCE引腳（也是N-MOSFET的源極），直到boost輸出電容CRES上的電壓放電到其UVLO閾值之下。這允許該設(shè)備在有低電壓瞬變時（例如冷起動條件）期間還能正常工作維持正向電壓降最小化。

當VOUT降至UVLO閾值以下時，驅(qū)動電路由Boost輸出電容CRES繼續(xù)供電，直到CRES兩端壓降低于其UVLO閾值電壓時，GATE引腳才會拉低至與SOURCE引腳（即N-MOSFET源極）平齊，將N-MOSFET關(guān)斷。此舉確保系統(tǒng)在遭遇如冷啟動等低電壓瞬變狀況時，該設(shè)備也能保持穩(wěn)健運行，最大限度地減小正向電壓降，確保性能穩(wěn)定且高效。

05

超前的報警指示

MPQ5850集成Power Good（PG）引腳，可以用于指示MPQ5850的狀態(tài)。當芯片被禁用或Boost輸出失調(diào)時，PG會拉低，指示錯誤行為。同時，當Vsd>75mV超過17us時，PG也會發(fā)送錯誤警告信號來指示過流狀態(tài)。

圖7 Power Good測試波形

06

優(yōu)越的EMI性能

MPQ5850內(nèi)部的Boost變換器，以800Hz的開關(guān)頻率穩(wěn)定運行，巧妙地規(guī)避了對額外EMI濾波器地需求，如此一來，即使面臨嚴苛的EMI環(huán)境，該芯片也能游刃有余，展現(xiàn)出卓越的電磁兼容性能。

圖8 MPQ5850在CISPR25 Class 5下CE和RE 的EMI表現(xiàn)

MPQ5850智能二極管控制器，以其獨特的優(yōu)勢，為用戶實現(xiàn)全方位、高效的解決方案。它不僅能顯著提升系統(tǒng)效率，更在降EMI干擾方面表現(xiàn)出色。即使面臨嚴苛環(huán)境挑戰(zhàn)，如冷啟動和輸入疊加高頻AC的形況，仍能穩(wěn)定可靠地運行。

另外，在MPQ5850防反的解決方案之上，我們已經(jīng)成功開發(fā)出了MPQ5852，新增電池電壓與負載電壓的過壓(OV)、欠壓(UV)檢測與診斷功能，提升系統(tǒng)防護和監(jiān)控能力。

MPS 現(xiàn)可提供全系列符合AEC-Q100規(guī)格的汽車電源芯片方案，擁有包括升降壓與升壓DCDC、降壓DCDC、PMICs、線性穩(wěn)壓（LDO）、LED驅(qū)動、USB（無線）車充、電機驅(qū)動、半橋驅(qū)動、負載開關(guān)、D類音頻功放、電壓監(jiān)測、電流監(jiān)測、多相電源、傳感器芯片、ADAS電源管理等完善的產(chǎn)品矩陣。

審核編輯 黃宇