MPS MPQ5850智能二極管控制器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

在上一期內(nèi)容中，我們深入討論并總結(jié)了電池防反保護(hù)電路的必要性以及現(xiàn)有方案的局限性。

為了滿足前端對(duì)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(dòng)模式的MPQ5850-AEC1，它是一款智能的汽車級(jí)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(dòng)外部N-MOSFET來代替?zhèn)鹘y(tǒng)肖特基二極管或P-MOSFET進(jìn)行汽車前端反向輸入保護(hù)。

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圖1 MPQ5850及其典型應(yīng)用電路

01創(chuàng)新設(shè)計(jì)，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(gè)高于Drain端12V的電壓，確保精準(zhǔn)、穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)外部N-MOSFET。

圖2 MPQ5850的功能框圖

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

圖3 MPQ5850內(nèi)部集成的Boost的工作時(shí)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(jìn)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(duì)負(fù)載電流的動(dòng)態(tài)變化，該器件展現(xiàn)出卓越的響應(yīng)能力：當(dāng)負(fù)載電流上升時(shí)，Gate電壓同步上升，直到MOSFET實(shí)現(xiàn)完全導(dǎo)通；而當(dāng)負(fù)載電流下降時(shí) ，Gate電壓又能精準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用中的功率損耗，特別是在大電流場(chǎng)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(dòng)狀態(tài)切換

03超快的保護(hù)速度與杰出的整流功能

MPQ5850憑借其出眾的柵極驅(qū)動(dòng)能力（170mA上拉電流），遠(yuǎn)超市場(chǎng)上常見的charge pump驅(qū)動(dòng)方案（典型為20mA上拉電流），顯著優(yōu)勢(shì)不言而喻。

同時(shí)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(duì)負(fù)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(zhǔn)地為后級(jí)電路提供全面保護(hù)，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)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(yán)苛的ISO 16750和ISO 7637標(biāo)準(zhǔn)。如圖4所示，該器件在面對(duì)IV級(jí)別的負(fù)脈沖測(cè)試和100kHz輸入疊加高頻交流信號(hào)測(cè)試時(shí)，均展現(xiàn)出卓越的性能。

圖5 MPQ5850的ISO 16750負(fù)向脈沖測(cè)試與ISO 7637輸入整流能力測(cè)試波形

04卓越的Cold Crank工作特性

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

圖6 MPQ5850的冷啟動(dòng)測(cè)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(shí)（例如冷起動(dòng)條件）期間還能正常工作維持正向電壓降最小化。

當(dāng)VOUT降至UVLO閾值以下時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shí)，GATE引腳才會(huì)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(dòng)等低電壓瞬變狀況時(shí)，該設(shè)備也能保持穩(wěn)健運(yùn)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(bào)警指示

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

圖7 Power Good測(cè)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(yùn)行，巧妙地規(guī)避了對(duì)額外EMI濾波器地需求，如此一來，即使面臨嚴(yán)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8MPQ5850在CISPR25 Class 5下CE和RE 的EMI表現(xiàn)

總結(jié)

MPQ5850智能二極管控制器，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為用戶實(shí)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(yán)苛環(huán)境挑戰(zhàn)，如冷啟動(dòng)和輸入疊加高頻AC的形況，仍能穩(wěn)定可靠地運(yùn)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(fù)載電壓的過壓(OV)、欠壓(UV)檢測(cè)與診斷功能，提升系統(tǒng)防護(hù)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(dòng)、USB（無線）車充、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、半橋驅(qū)動(dòng)、負(fù)載開關(guān)、D類音頻功放、電壓監(jiān)測(cè)、電流監(jiān)測(cè)、多相電源、傳感器芯片、ADAS電源管理等完善的產(chǎn)品矩陣。