Управление «идеальным» диодом в контроллерах зарядки.

Управление «идеальным» диодом в контроллерах зарядки.

Широко применяемые диоды Шоттки отличаются по сравнению с другими полупроводниковыми диодами малым прямым падением напряжения и высокой скоростью переключения. При использовании этого диода в качестве полупроводникового ключа, например, в схемах автоматического подключения к нагрузке аккумулятора или сетевого адаптера, как правило, применяется простая схема монтажного «ИЛИ», недостатком которой является сравнительно большое падение напряжения на диоде. При повышении тока нагрузки растут и потери мощности на нем. Для решения этой проблемы можно с использовать в качестве диода МОП-транзистор.

Специалисты компании Linear Technology предложили также способ определения момента переключения «идеального» диода в закрытое и открытое состояния. Для этого осуществляется измерение падения напряжения между истоком (анодом) и стоком (катодом) транзистора (МОП-транзистор с каналом N-типа). В момент подключения входного напряжения (если входное напряжение больше выходного), ток через защитный диод транзистора течет в нагрузку. Транзистор открывается, и падение напряжения на нем равно ток умноженный на сопротивление перехода сток-исток (U=I*R - это напряжение обычно примерно в десять раз ниже, чем падение напряжения на диоде Шоттки). Если напряжение на аноде ниже, чем на катоде, транзистор закрывается. Для мониторинга падения напряжения на транзисторе используется специальный усилитель. Падение напряжения между стоком и истоком открытого транзистора поддерживается с помощью специального следящего усилителя на уровне 25 мВ. При росте тока нагрузки повышается также и управляющее напряжение на затворе транзистора, и соответственно, снижается сопротивление открытого канала. Таким способом падение напряжения на транзисторе поддерживается почти постоянным на уровне 25 мВ.
Предложенный метод управления МОП-транзистором позволяет реализовать плавное переключение транзистора и даже при небольших токах нагрузки получить минимальную разницу напряжения между стоком и истоком. Микросхема LTC4358 предназначена для замены диодов в схемах переключения источников питания, к которым подключается нагрузка, построенных на основе схемы монтажного ИЛИ. В микросхеме LTC4358 (рис. 1) на базе встроенного на кристалл МОП-транзистора с каналом N-типа, имеющего сопротивление открытого канала 0,02 Ом. Напряжение питания ИС составляет 9,0…26,5 В; максимальный ток: 5 А; время отключения транзистора при превышении тока ограничения— 0,5 мкс.

Рис. 1.

Микросхемы LTC4352/55/57 и LTC4416, по сути, являются контроллерами идеального диода, и для этой цели используется внешний МОП-транзистор, а в микросхемах LTC4411/13 используется встроенный. Миниатюрная ИС LTC4411 предназначена для автоматического переключения нагрузки между сетевым адаптером и аккумулятором в схемах, построенных на основе монтажного ИЛИ. Напряжение входного источника 2,6…5,5 В, ток потребления в статическом режиме (при токе нагрузки до 100 мА) не более 40 мкА. Максимальное сопротивление открытого канала встроенного МОП-транзистора с каналом P-типа составляет 0,14 Ом, максимальный прямой ток — 2,6 А, ток утечки — менее 1 мкА. В микросхеме предусмотрена защита от перегрева корпуса. Для подключения ИС LTC4411 не требуются дополнительные внешние компоненты. В контроллерах зарядки LTC4066, LTC4085, построенных на основе линейного регулятора, также реализован идеальный диод. Напряжение питания ИС 4,35…5,50 В. Сопротивление идеального диода, используемого для подключения аккумулятора к нагрузке, при токе 3А составляет всего 50 мОм. В контроллерах предусмотрена возможность ограничения входного тока на уровне 100 или 500 мА.