设计具有理想二极管的坚固电源

稳健的电子系统通常配备多个不同电源，且需通过开关实现电源间的隔离，避免相互干扰造成损坏。多数情况下，会在电源路径中设置多个二极管，确保各电源相互独立。

但更灵活、高效的方案是采用理想二极管。这类场景中可使用多种理想二极管：一种允许输入电源轨的选择不受电压等级限制，另一种更简单的类型则始终由电压更高的电源为系统供电。

各类电子系统都可能采用多电压源供电。例如，电池供电设备通常设计为可使用插入式电源适配器替代主电源（电池）；通过 USB 为主电源额外配备壁插式 AC-DC 转换器供电，也是常见设计。

拥有多个电源不仅对消费者和其他用户有利，还通过冗余提升了稳定性。

多电压源需要精心设计

采用多个不同电压源供电，必然要求更精细的电路设计。关键是要防止一个电源的电流反向流入其他电源，否则可能造成设备损坏。

图 1 展示了一种简单的闲置电压源保护电路，在电源路径中接入二极管。这种方案可靠性高，但存在一个主要局限：在此配置下，始终由电压更高的电源为负载供电。

此外，二极管会在电源路径中产生 150 至 450mV 的压降，导致额外功耗，在低电压场景下这一问题尤为突出。对于电池供电设备而言，更高的功耗是不受欢迎的。

设计中考虑理想的二极管

为了克服这些缺点，理想二极管是一个潜在的选择。理想二极管一词指的是使用功率半导体器件（通常是MOSFET）而非普通二极管的元件。在导通状态下，理想二极管的降伏显著较低。该电压降基于开关的实际电流流，并依赖于功率MOSFET的导通电阻（RDS（ON））。

图2中，电路中的理想二极管由一对LT4422器件执行。由于功率路径上的导通电阻极小，仅为50 mΩ，这些芯片具有低电压降。集成电路本身的功耗仅为10 μA，进一步最小化了总功率损耗。图中展示了一个附加功能：可以添加LED作为指示器，表示任何电压源在为负载供电。

图 2 中的电路可替代图 1 的设计，主要区别在于前者功耗更低，且新增了 LED 指示功能。

但两者有一个共同特性：均由额定电压更高的电源为负载供电。LT4422 理想二极管配备使能引脚（SHDN），但当输入（IN）电压高于输出（OUT）电压时，内置 MOSFET 的体二极管会开始导通。

为避免这种情况，可选用 LT4422 的衍生型号 LT4423—— 其电源路径中采用一对背靠背 MOSFET。这种布局确保，若另一颗 MOSFET 未同时导通，相应的体二极管不会允许电流通过。

图 3 展示的电路设计中，可自由选择供电电压为负载供电。但需权衡的是，该方案需要两个集成 MOSFET，因此导通时电源路径的电阻从 LT4422 的 50mΩ 增至 LT4423 的 200mΩ。

双 MOSFET 器件的另一优势是具备热关断功能。与传统二极管不同，这类理想二极管在元件温度升至 160°C（典型值）以上时会自动关断。这一特性对于开发超高稳健性系统极具价值。

结论

理想二极管是常规二极管的有用替代品，以提高能在多种不同电源上运行的系统中的功耗效率。除了减少功率损耗外，理想的二极管还为工程师提供了更多灵活性，使他们能够在系统中集成更多功能。此外，它们易于使用，设计也简单。当使用高度集成的设备如LT4422和LT4423时，这种现象尤为明显。