在电源管理和多电源供电系统中二极管的身影无处不在。但传统二极管的正向导通压降常常成为工程师之头痛——它既消耗功率又带来热管理难题。有没有一种器件能像二极管一样单向导电却几乎没有压降答案是肯定的——理想二极管。这块焊接了几个元器件的电路板其实是一个二极管这是它的两个电极可以像这样子接入在电路中。它和普通的二极管又有什么区别它里面的示意图是这样子的一颗芯片以及一颗 MOS 管。如果有正向的电流流过来芯片就控制 MOS 管打开电流可以流过 MOS 管。如果是反向的电流流过来芯片就控制 MOS 管关闭电路中就没有电流。可以看到这个电路的效果和一颗二极管是一模一样的它们都有单向导电性。但性能却天差地别普通肖特基二极管SS34标称3A在流过2.5A电流时正向压降约0.4V功耗达到1W实测温度飙升至160℃以上直接爆表。这个“模拟二极管”若MOS管导通电阻为10mΩ同样2.5A电流下压降仅0.0025V功耗仅0.0625W实测温度不过30多℃。所以用这种电路模拟出来的二极管它有一个名称叫做理想二极管。理想二极管的主要使用场景就是多电源供电的切换。很多时候我们的电路板希望能够同时支持电池和直流电源的供电如果直接将两个电源并联高电压的直流源会向低电压的电池灌入大电流轻则损坏电池重则引发爆炸。传统做法是在每条支路串联一颗二极管利用其单向导电性隔离电源。但普通二极管的压降会降低后端电压同时在大电流下发热严重。此时理想二极管近乎为零的压降让它成为这一场景的绝佳选择——正向导通时它几乎等同于一根导线。不过理想二极管也并不是万能的它使用的时候会有一些注意事项那这还要从它的原理开始说起。这里面的芯片型号是 LM74610完整的电路图其实是这样子的不知道你有没有注意到一个问题就是这颗芯片是如何供电的查看数据手册发现它供电的精妙之处上电之初MOS管尚未导通但MOS管内部寄生的体二极管存在。电流会从该寄生二极管流过产生一个正向压降约0.5V左右。这个压降恰好落在芯片的两个端子之间相当于给芯片挂上了一颗微小的电池。芯片利用这个微小的电压差通过内部升压电路将电压升高并存储到外部电容上。一旦电容电荷充足芯片便启动驱动MOS管完全导通此时电流全部从MOS管沟道流过压降趋近于零。导通期间芯片完全依靠电容储存的能量工作。当电容放电至下限芯片再次关闭MOS管重复上述“借电-充电-导通”的循环。就这样芯片无需任何额外供电引脚仅靠寄生二极管“偷”来的能量就实现了自维持工作。这种设计使得理想二极管成为一个纯粹的两端器件像普通二极管一样方便串入任何电路。不过这样子也给这颗芯片的使用场景带来了一些限制。首先因为这个芯片会间隔从寄生二极管这边取电所以在这个时间里输出电压会有一个短时间的波动这个电压波动也是由这个寄生二极管的管压降引起的。另外波动的时间数据手册里也有提到一般充电时间占到了整体工作时间的百分之二。不过好在一般的后级电路中都会加入 DCDC 或者 LDO 做稳压所以我觉得这个影响应该并不是很大。然后这颗 MOS 管的选型其实会有一些要求因为芯片能够提供的 GS 电压也就是五伏左右所以对应 MOS 管的 VGS 电压最好是小于三伏的。另外因为芯片需要利用到 MOS 管的寄生二极管取电所以寄生二极管的导通压降不能太低数据手册里也有写这个导通压降至少需要零点四八伏。最后是这颗电容的选择数据手册中也有给出指导容值应该介于二百二十纳法到四点七微法之间。这个电容值会影响到充电的时间但是并不会影响到充电时间对应总时间的占比耐压推荐选择大于十六伏。