一种低损耗高端理想二极管的制作方法

本实用新型涉及负载开关
技术领域：
，尤其是一种低损耗高端理想二极管。
背景技术：
：二极管由于具有单向导通特性，具有防止倒灌功能，得到越来越多的应用，特别是肖特基二极管串接的电源上具有较小压降，正受到越来越多设计师的欢迎。由于肖特基二极管的压降还是大于mos管压降，对于一些电压敏感的电路来说，更倾向于使用具有低阻抗特性的mos管，提高产品的可靠性。现在有很多usb电源开关(配电开关)，自带了防止倒灌的功能，如mp62055芯片。因为当外部设备连接到计算机的usb端口时，设备绝对不能将电流反向流入计算机的vbus，否则会烧坏计算机。目前oring电路应用于很多场合，作用就是保证各个单体电源互相独立、不出现倒灌现象，最常见应用于均流电路中，满足不同功率需求。因此需要一种理想二极管，超低损耗的理想二极管，进一步降低压降，并具有防倒灌，保护前级功能，使损耗降到最低，延长电池工作时间。另外，与本实用新型最相近的技术实现方案如下，但都存在一定不足：二极管方案：二极管由于本身具有单向导电性，所以是天然的oring电路，最基本的oring电路就是在输出端加一个二极管。使用二极管串接在电源上，电路简单，其缺陷是二极管大约有0.6v的压降，电压降会随着输入电流成比例的功率损耗。随着电流增大，压降也会变大，如用肖特基二极管取代可以降低功率，但是功率损耗比较大：以肖特基二极管ss54为例，电流0.1a、1a、10a、20a对应的压降分别为0.3v、0.4v、0.85v、1.4v,对应的损耗分别为0.03w、0.4w、8.5w、28w，意味着通过电流越大，损耗也越大。肖特基二极管缺点是压降，换算为电流损耗，其静态电流损耗至少为毫安级。mcu+pmos管方案：电路特点需要一个额外的辅助电压、微控制器(mcu)，使用mcu的两路ad对pmos管的漏极(g极)和源极(s极)进行电压采集，比较两者的电压大小，进而控制pmos管的导通与截止，不足之处工作电流损耗至少为毫安级，电流损耗很大，且需要使用额外的辅助电压和mcu，方案成本高。npn对管+nmos管方案：电路特点需要一个额外的辅助电压，使用相同厂家同一批次的两个npn管，这样就可以保证两个集电极电压是基本相等，或者优选封装在一起的两个npn三极管对管，这样就几乎相等了，从而可以保证恰当的开关和防倒灌功能，不足之处三极管的偏置电阻为千欧姆级，静态工作电流损耗至少为毫安级，电流损耗很大，且需要使用额外的辅助电压。pnp对管+pmos管方案：选用封装在一起的两个pnp三极管的器件，可以保证两个集电极就几乎相等了，从而可以保证恰当的开关和防倒灌功能，不足之处三极管的偏置电阻为千欧姆级，静态工作电流损耗至少为毫安级，电流损耗很大。理想二极管方案：使用芯片ltc4413，凌特公司(lineartechnology)推出双通道理想二极管ltc4413，它特别针对减少热量、压降与占板面积及延长电池使用时间而设计。该器件非常适用于需要理想二极管"或"功能来实现负载共享或两个输入电源间自动切换的应用。ltc4413在500ma和2a时分别具有80mv和210mv的低正向电压，泄漏电流仅为1ua，较分立二极管"或"解决方案有极大改进。ltc4413含有两个100mohm的p沟道mosfet。每个mosfet的最大正向电流限制在恒定2.6a，内部热限制电路在出现故障时可保护器件。不足之处：输出电流高大为1a，静态电流低于40μa，且存在低于1μa的反向倒灌电流将从输出端out流向输入端in；9ua漏极开路stat引脚指示所选通道的导通状态，并可用于驱动外部p沟道mosfet以控制第三个备用电源；ltc4413价格高，以1000片为单位批量购买，每片起价为2.15美元。因此，对于上述问题有必要提出一种超低损耗低端理想二极管。技术实现要素：本实用新型目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种超低损耗低端理想二极管，解决了现有二极管低损耗的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现：一种低损耗高端理想二极管，包括第一pmos管、第二pmos管、nmos管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一pmos管的栅极和第二pmos管的栅极均连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端均连接所述第一pmos管的源极和第二pmos管的源极，所述第一电阻的一端连接nmos管的漏极，所述nmos管的栅极通过第二电阻连接第一pmos管的漏极，所述nmos管的栅极通过第三电阻连接nmos管的源极。优选地，所述第一pmos管的漏极连接电源的输入端vin。优选地，所述第二pmos管的漏极连接电源的输出端vout。优选地，所述nmos管的源极接地。优选地，所述第一电阻为偏置电阻，所述第二电阻和第三电阻为限流电阻。优选地，所述第一pmos管与第二pmos管电路结构相同的对管。本实用新型有益效果：根据要求使用pmos对管(也可以使用同参数的同型号的pmos管)，正向导通时，电流损耗为微安级，压差小(取决于双pmos管导通电阻与导通电流之积)，损耗很低，可以作为一个理想的二极管。反向截止时，电流损耗基本为0，可以忽略不计；加权平均电流损耗小于微安级，大大降低了设备的功耗，延长了电池的工作时间，降低了设备维护成本。以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。附图说明图1是本实用新型的低损耗高端理想二极管原理图。附图标记：v1、第一pmos管；v2、第二pmos管；v3、nmos管；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻。具体实施方式以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。如图1所示，一种低损耗高端理想二极管，包括第一pmos管v1、第二pmos管v2、nmos管v3、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，所述第一pmos管v1的栅极和第二pmos管v2的栅极均连接第一电阻r1的一端，所述第一电阻r1的另一端均连接所述第一pmos管v1的源极和第二pmos管v2的源极，所述第一电阻r1的一端连接nmos管v3的漏极，所述nmos管v3的栅极通过第二电阻r2连接第一pmos管v1的漏极，所述nmos管v3的栅极通过第三电阻r3连接nmos管v3的源极。进一步的，所述第一pmos管v1的漏极连接电源的输入端vin。进一步的，所述第二pmos管v2的漏极连接电源的输出端vout。进一步的，所述nmos管v3的源极接地。进一步的，所述第一电阻r1为偏置电阻，所述第二电阻r2和第三电阻r3为限流电阻。进一步的，所述第一pmos管v1与第二pmos管v2电路结构相同的对管。本实用新型有益效果：根据要求使用pmos对管(也可以使用同参数的同型号的pmos管)，正向导通时，电流损耗为微安级，压差小(取决于双pmos管导通电阻与导通电流之积)，损耗很低，可以作为一个理想的二极管。反向截止时，电流损耗基本为0，可以忽略不计；加权平均电流损耗小于微安级，大大降低了设备的功耗，延长了电池的工作时间，降低了设备维护成本。电源vin接入第一pmos管v1漏极和第二电阻r2时，nmos管v3导通漏源极阻抗约为0欧姆，第一pmos管v1利用二极管导通且源栅电压等于vin，pmos管导通，第二pmos管v2源栅电压也等于vin，第二pmos管v2导通，正向导通vin输出电流至vout；反向时电源vout接入第二pmos管v2漏极，第二pmos管v2通过体二极管导通，截止状态的nmos管v3漏源极阻抗和第一电阻r1通过分压使第一pmos管v1处于断开状态，起到防倒灌作用。其中，第二电阻r2、第三电阻r3分别为nmos管v3的限流电阻、偏置电阻，第一电阻r1为双pmos管共用偏置电阻，根据同型号双pmos管参数调整第一电阻r1大小，根据nmos管v3参数调整第二电阻r2和第三电阻r3偏置电阻大小。根据上述原理图设计pcb板进行测试，根据要求使用同型号的双pmos管(v1、v2)型号为ao3401a，nmos管型号为2n7002，装配后测试。测试电路如图1所示，2n7002管导通典型值vgs(th)＝1.6v(1v～2.5v)，测试结果如表1所示：正向导通vin使用5.0v供电时(电阻r1均为100kω)，静态损耗电流il为51.3μa，v1-v3均导通；反向导通时vout接上电源5.0v后，反向静态损耗电流ib为0.0μa(无倒灌电流流入vin)。两个电阻r2、r3分别焊接为100kω、1mω，测试的结果如表1所示。组合逻辑控制电路能够有效控制nmos(v1)管导通与截止，接负载后可以通过数安培电流，即能够通过大电流和具有防倒灌功能，大大扩展了应用范围。表1静态损耗电流序号r1(ω)il(μa)ib(μa)1100m0.00.0210m0.90.031m5.60.04100k51.30.0根据要求使用同型号的双pmos管(ao3401a)，正向导通时，电流损耗为微安级，输入电压vin约等于vout，损耗很低，可以作为一个理想的负载开关。负载开关截止时，vout电压很大时，电压vin几乎不变，电流损耗基本为0，可以忽略不计。本实用新型优点：传统功率二极管或三极管控制电流损耗毫安级相比，静态电流损耗小两个数量级以上；与理想二极管(ltc4413)相比，静态损耗电流降低一个数量级以上，且不存倒灌电流。使用本实用新型电路大降低了设备的静态损耗，延长了电池的工作时间，设备维护成本，损耗降低大，适合于物联网nb-iot超低损耗低端理想二极管电路应用，电路很简单且具有很低成本优势。以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本
技术领域：
中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。当前第1页12