解读 ON Semiconductor 的 NCV68261：理想二极管与高端开关 NMOS 控制器

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的器件来实现电源整流、极性保护和开关控制等功能至关重要。今天，我们将深入探讨 ON Semiconductor 的 NCV68261，这是一款集反向极性保护、理想二极管和高端开关功能于一体的 NMOS 控制器，旨在为电源整流二极管和机械电源开关提供低损耗、低正向电压的替代方案。

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一、NCV68261 概述

（一）功能与应用场景

NCV68261 可与一个或两个 N沟道 MOSFET 配合使用，根据使能引脚状态和输入 - 漏极差分电压极性来设置晶体管的开关状态。它具有理想二极管和高端开关两种应用模式，通过改变漏极引脚的连接方式，可在理想二极管模式（漏极连接负载）和反向极性保护模式（漏极连接地）之间切换。其典型应用场景包括汽车电池调节、工业电源整流、高端开关以及车辆控制模块等。

（二）关键特性

1. 宽工作电压范围：最高可达 32V，能承受 60V 负载突降脉冲和 -40V 负瞬态，具备过压保护功能，在输入电压达到 35.6V（典型值）时可断开负载与电池的连接。
2. 多功能保护：支持使能功能（3.3V 逻辑兼容阈值）、理想二极管功能（防止反向电流从输出流向输入）和反向极性保护功能（防止负电源）。
3. 汽车级应用：采用 NCV 前缀，适用于汽车及其他有独特场地和控制变更要求的应用，符合 AEC - Q100 1 级标准，具备 PPAP 能力。
4. 环保设计：无铅且符合 RoHS 标准。

二、引脚功能与电气特性

（一）引脚功能描述

引脚编号（WDFNW6）	引脚名称	描述
6	IN	电源电压输入，二极管阳极和内部比较器的同相输入，需用陶瓷电容直接旁路到地，连接到高端开关 NMOS 的漏极或源极引脚。
5	GND	地电位。
4	EN	使能输入，高电平使能芯片，若不需要使能功能，可连接到 IN 引脚。
3	D	二极管阴极和内部比较器的反相输入，需用陶瓷电容直接旁路到地，连接到二极管 NMOS 的漏极或地。
2	G	具有放电功能的电荷泵输出，连接到外部 MOSFET 的栅极。
1	S	电荷泵输出的参考，连接到外部 NMOS 的源极。

（二）电气特性

在不同的测试条件下，NCV68261 具有一系列特定的电气参数，如欠压锁定、过压锁定、栅 - 源充电电压、输入 - 漏极电压阈值等。这些参数在不同的温度范围（-40°C 至 +150°C）内有相应的最小、典型和最大值，为工程师在实际设计中提供了精确的参考。

三、典型特性分析

文档中给出了多个典型特性曲线，这些曲线直观地展示了 NCV68261 在不同工作条件下的性能表现。例如，栅 - 源充电电压与输入电压的关系曲线、栅极充电电流与输入电压的关系曲线等。通过分析这些曲线，工程师可以更好地了解器件在不同输入电压下的工作状态，从而优化电路设计。

此外，还给出了 ISO 7637 - 2:2011(E) 脉冲测试结果，显示了器件在不同测试脉冲和测试严重程度下的功能状态，帮助工程师评估器件在复杂电磁环境中的可靠性。

四、应用信息解读

（一）集成电路与框图描述

NCV68261 内部包含多个功能模块，如使能模块、参考模块、输入/漏极比较器、UVLO 比较器、OVLO 比较器、逻辑模块、预调节器、振荡器和电荷泵等。这些模块协同工作，实现对外部 NMOS 晶体管的精确控制。

（二）工作模式分析

1. 理想二极管模式：在该模式下，输入电压不能使输出放电。当输入电压大于漏极电压时，正向电流通过 NMOS 晶体管的体二极管流动，当正向电压降超过输入 - 漏极栅极充电电压阈值时，电荷泵开启，NMOS 晶体管完全导通；当输入电压小于漏极电压时，反向电流会使 NMOS 晶体管的导电通道产生电压降，当该电压低于输入 - 漏极栅极放电电压阈值时，电荷泵关闭，NMOS 晶体管关断。
2. 反向极性保护模式：通过将漏极引脚连接到地电位，可防止输入电压下降使输出低于地电位，同时允许输出跟随在 UVLO 和 OVLO 阈值之间的任何正输入电压。
3. 高端开关模式：使用两个 NMOS 晶体管的应用可提供高端开关功能，其中一个晶体管作为开关，另一个作为理想二极管和/或反向极性保护。

（三）电容与晶体管选择考虑

1. 电容选择：为确保器件正常工作，建议在 NCV68261 附近放置一个 0.1μF 的陶瓷电容，并使用尽可能短的走线连接。在高端开关配置中，$C{IN}$ 电容应足够大以覆盖启动时流入应用的浪涌电流；在理想二极管应用中，$C{bulk}$ 电容的电容值应足够高，以在电池电压下降期间维持足够的电压，并提供负载电流。
2. NMOS 晶体管选择：一般来说，任何 NMOS 都可以连接到 NCV68261，但晶体管的栅 - 源最大电压应额定在 15V 以上，除非使用外部电压保护来防止栅 - 源结构击穿。

（四）EMC 与动态性能考虑

为提高对直接功率注入的 EMC 抗扰度，建议使用文档中推荐的应用示例和 PCB 布局。此外，$C{G}$ 电容可限制浪涌电流，$R{G{-} Q1}$ 和 $R{S}$ 可减轻启动时输出电压的潜在振荡。

（五）热与 PCB 布局考虑

NCV68261 本身没有热保护功能，应用中最发热的元件是外部 NMOS 晶体管。在使用 SMD 晶体管时，应考虑 NMOS 的最大功耗、热阻和 PCB 的散热面积，以确保控制器的结温低于 150°C。为实现最佳性能，应将晶体管和输入/输出电容尽可能靠近 NCV68261 放置，并使用 PCB 上的电源平面连接承载高负载电流的走线。

五、总结

NCV68261 是一款功能强大、性能可靠的 NMOS 控制器，适用于多种电源管理应用。其丰富的保护功能、宽工作电压范围和良好的电磁兼容性，为电子工程师在设计汽车和工业电源系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择外部元件，优化 PCB 布局，以充分发挥 NCV68261 的性能优势。

你在使用 NCV68261 或类似器件时遇到过哪些挑战？你是如何解决这些问题的？欢迎在评论区分享你的经验和见解。