Texas Instruments LM74721EVM控制器评估模块 (EVM) 有助于设计人员评估LM74721-Q1理想二极管控制器在反向电池保护应用中的运行和性能。该评估模块演示LM74721-Q1如何控制两个N沟道功率MOSFET，先连接理想二极管MOSFET，然后再连接第二个MOSFET，以实现开关输出和电源路径切断。Texas Instruments LM74721-Q1可承受并保护负载免受低至 –33V DC负电源电压的影响。集成式理想二极管控制器 (GATE) 驱动首个替代SCHOTTKY二极管的MOSFET，以实现反向输入保护和输出电压保持。集成的VDS钳位功能可实现输入更少TVS的系统设计，从而在汽车应用中实现符合ISO7637标准的脉冲抑制。具有快速打开和关闭比较器的强大升压稳压器可确保在ISO16750或LV124等汽车测试中实现稳健高效的MOSFET开关性能，其中ECU取决于输入短路中断和交流叠加输入信号频率。

数据手册：*附件：Texas Instruments LM74721EVM控制器评估模块数据手册.pdf

特性

• 集成VDS钳位，可在输入TVS较少的情况下运行，以抑制ISO7637脉冲1
• 12V反向输入保护低至-33V
• 输入工作电压范围：3V至40V，可扩大到65V
• 最大负载电流：5A
• 用于电源路径截止或钳位的开关输出选项
• 启用开/关控制
• 可编程过压截止
• 输出电压转换率控制选项
• LED指示，用于输出开/关检测

测试设置

基于LM74721-Q1的理想二极管控制器技术解析与应用

一、LM74721-Q1概述

LM74721-Q1是德州仪器(TI)推出的一款汽车级理想二极管控制器，专为需要反向电池保护和电源路径管理的汽车电子系统设计。该器件通过驱动外部背对背N沟道MOSFET，实现了理想二极管整流功能，同时集成了电源路径ON/OFF控制和过压保护能力。

‌关键特性‌：

• 3V至40V的宽输入工作范围（可扩展至65V）
• 支持-33V的反向电池保护
• 集成VDS钳位功能，支持无TVS设计（满足ISO7637脉冲1抑制）
• 内置强效升压稳压器，确保MOSFET在严苛条件下可靠开关
• 5A最大负载电流能力
• 可编程过压切断功能
• 输出压摆率控制选项

二、核心功能解析

2.1 理想二极管功能实现

LM74721-Q1通过精确控制外部MOSFET（Q1）的栅极驱动(GATE)，模拟理想二极管行为。相比传统肖特基二极管解决方案：

‌优势对比‌：

参数	肖特基二极管方案	LM74721-Q1方案
正向压降	0.3-0.7V	<50mV（取决于MOSFET Rdson）
反向恢复	有反向恢复电流	无反向恢复问题
功率损耗	较高（P=Vf×I）	极低（P=I²×Rdson）
温度特性	随温度升高性能下降	温度稳定性好

2.2 电源路径管理

当需要实现电源路径ON/OFF控制时，可配置第二个MOSFET（Q2）：

• ‌EN引脚控制‌：通过外部MCU信号控制电源路径通断
• ‌过压保护‌：可编程OV阈值（通过电阻分压网络设置）
• ‌输出压摆率控制‌：通过R5和C5网络调节开启斜率

2.3 VDS钳位功能

创新性的VDS钳位技术使系统设计可省略输入TVS二极管：

• 在ISO7637脉冲1测试条件下提供有效保护
• 降低BOM成本和PCB面积
• 仍可选项安装TVS（D2位置）应对更高幅值瞬变

三、典型应用电路设计

3.1 基本配置

‌元件选型建议‌：

• ‌MOSFET选择‌：
  • Q1：60V耐压，低Rdson（如CSD18540Q5B）
  • Q2（可选）：根据负载电流选择合适规格
• ‌电感选择‌：100μH升压电感（L_Boost1）
• ‌电容配置‌：
  • 输入：至少1μF陶瓷+100nF高频去耦
  • 输出：47μF+220μF电解电容组合

3.2 PCB布局要点

基于评估模块(EVM)的最佳实践：

1. ‌功率路径‌：保持宽而短的铜箔走线，减少寄生阻抗
2. ‌地平面‌：区分功率地(PGND)和模拟地(AGND)，单点连接
3. ‌热设计‌：为MOSFET提供足够的铜箔面积散热
4. ‌敏感信号‌：GATE和PD走线远离高频开关节点

四、汽车电子应用实例

4.1 ADAS域控制器电源保护

• 防止摄像头/雷达模块的反接故障
• 处理启停系统中的电压骤降
• 满足ISO 16750-2和LV124测试要求

4.2 信息娱乐系统

• 主机单元电源管理
• 高级音响放大器保护
• USB充电端口的负载开关控制

4.3 测试数据展示

基于LM74721EVM的实测性能：

• ‌启动特性‌：GATE软启动时间约2ms，限制浪涌电流
• ‌负载响应‌：100mA到5A阶跃负载，输出电压跌落<200mV
• ‌热性能‌：5A连续负载下MOSFET温升<40°C（适当散热条件下）

五、设计注意事项

1. ‌负瞬变保护‌：输出端需保留肖特基二极管(D3)应对可能的负瞬变
2. ‌EN引脚处理‌：避免浮空，可通过电阻上拉/下拉
3. ‌故障诊断‌：利用状态LED(D4)实现电源状态指示
4. ‌测试验证‌：建议进行以下测试：
   • 反向电池(-33V)耐受测试
   • ISO7637脉冲1/2a/3a/3b测试
   • 负载突降测试