深度解析LM73100：理想二极管的卓越应用与设计秘籍

在电子设计领域，电源管理与保护一直是至关重要的环节。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的LM73100，这是一款高度集成的理想二极管，专为确保系统安全可靠的电源传输而设计。

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一、LM73100概述

LM73100是一款集成度极高的理想二极管，具备多种保护功能，能够有效抵御电压浪涌、反极性、反向电流和过大的浪涌电流。其工作输入电压范围为2.7V至23V，最大绝对电压可达28V，甚至能承受高达 -15V的负电压，为系统提供了广泛而可靠的电压保护。

（一）关键特性

1. 宽输入电压范围：2.7V至23V的工作电压范围，适应多种电源环境。
2. 低导通电阻：集成背靠背FET，典型导通电阻 (R_{ON}=28.4 mΩ)，降低功率损耗。
3. 理想二极管操作：真正的反向电流阻断功能，确保电流单向流动。
4. 快速过压保护：响应时间仅1.2μs（典型值），并可调节过压锁定（OVLO）阈值。
5. 快速瞬态过流响应：稳态时对瞬态过流的响应时间为500ns（典型值），故障后锁定。
6. 模拟负载电流监测：电流范围为0.5A至5.5A，精度 ±15%（最大）。
7. 可调功能：包括欠压锁定阈值（UVLO）、输出压摆率控制（dVdt）和电源良好指示阈值（PGTH）。
8. 小尺寸封装：2mm x 2mm的QFN封装，节省电路板空间。

（二）应用领域

LM73100广泛应用于多个领域，如电源多路复用/ORing、适配器输入保护、机顶盒、智能音箱、USB PD端口保护、PC/笔记本电脑/显示器/扩展坞、电动工具/充电器以及POS终端等。

二、引脚配置与功能

LM73100采用10引脚QFN封装，各引脚功能如下：	PIN	NAME	TYPE	DESCRIPTION
1	EN/UVLO	Analog Input	设备的高电平使能引脚，可通过电阻分压器调节欠压锁定阈值。
2	OVLO	Analog Input	可调节过压锁定阈值，也可作为低电平使能引脚。
3	PG	Digital Output	电源良好指示信号，开漏输出，需上拉。
4	PGTH	Analog Input	电源良好阈值设置引脚。
5	IN	Power	电源输入引脚。
6	OUT	Power	电源输出引脚。
7	DVDT	Analog Output	通过连接电容到地设置输出压摆率。
8	GND	Ground	接地引脚。
9	IMON	Analog Output	模拟负载电流监测引脚。
10	DNC	X	内部测试引脚，请勿连接。

三、电气特性

（一）绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全运行至关重要。LM73100的输入电压最大范围在不同温度条件下有所不同，输出电压也有相应的限制。同时，各引脚的电压范围和最大连续开关电流等参数都有明确规定。例如，输入电压最大为28V，最大连续开关电流为5.5A。

（二）ESD额定值

该器件的静电放电（ESD）额定值为人体模型（HBM）±2000V，充电设备模型（CDM）±500V，在使用过程中需注意静电防护。

（三）推荐工作条件

在推荐的工作条件下，输入电压范围为2.7V至23V，输出电压范围根据输入电压和其他条件确定。各引脚的电压范围和连续开关电流等参数也有明确要求，确保器件正常工作。

（四）热信息

热性能是评估器件的重要指标之一。LM73100的热阻和热特性参数，如结到环境的热阻 (R_{θJA}) 等，为散热设计提供了依据。在不同的PCB条件下，热性能会有所差异，需要根据实际情况进行优化。

（五）电气特性参数

详细的电气特性参数包括输入电源的欠压阈值、静态电流、导通电阻、使能/欠压锁定阈值、过压锁定阈值、输出负载电流监测增益等。这些参数为电路设计和性能评估提供了重要参考。

四、功能描述

（一）输入反极性保护

LM73100内部具备输入反极性保护功能，能够有效阻止输入的负电压影响输出，确保负载电路的安全。在反向极性条件下，最大可承受 -15V或 (V_{OUT }-21V) 的负电压。同时，建议信号引脚使用足够大的上拉电阻，以限制反向极性时的电流。

（二）欠压保护（UVLO & UVP）

通过内部固定的欠压保护阈值 (VUVP) 和EN/UVLO引脚的UVLO比较器，可实现对输入电压的欠压保护。用户可以通过电阻分压器外部调整欠压保护阈值，满足不同应用的需求。

（三）过压锁定（OVLO）

OVLO引脚的比较器允许用户调节过压保护阈值。当OVLO引脚电压超过上升阈值 (V{OV(R)}) 时，器件关闭输出电源；当电压下降到下降阈值 (V{OV(F)}) 以下时，输出电源重新开启。这种设计提供了一定的滞回特性，增强了系统的稳定性。

（四）浪涌电流控制和快速跳闸

1. 可调压摆率（dVdt）：在热插拔或启动时，通过连接电容到dVdt引脚，可以控制输出压摆率，降低浪涌电流。可以根据公式计算所需的电容值，以实现所需的压摆率。
2. 固定阈值快速跳闸：在稳态时，当电流超过固定阈值 (I{FT}) 时，器件会在 (t{FT}) 时间内完全关闭HFET，并保持锁定状态，直到电源循环或重新使能EN/UVLO引脚。

（五）模拟负载电流监测输出

IMON引脚提供与FET电流成比例的模拟电流感测输出，用户可以通过测量 (R{IMON}) 两端的电压来监测输出负载电流。为了确保安全，建议选择合适的 (R{IMON}) 电阻，并在IMON引脚添加齐纳二极管以限制电压。

（六）反向电流保护

LM73100像理想二极管一样工作，通过集成的背靠背MOSFET和闭环调节机制，有效阻止反向电流从输出流向输入。同时，采用传统比较器的反向阻断机制，对瞬态反向电流提供快速响应。

（七）过温保护（OTP）

器件实时监测内部管芯温度，当温度超过安全工作水平（TSD）时，会自动关闭以保护自身。只有当管芯温度下降到 (TSD - TSD_{HYS}) 以下时，器件才会重新开启。

（八）故障响应

LM73100对不同故障条件有明确的响应机制，如过温、欠压、输入反极性、过压、反向电流和稳态瞬态过流等。部分故障会内部锁定，需要通过电源循环或操作EN/UVLO引脚来清除。

（九）电源良好指示（PG）

PG引脚是一个高电平有效的数字输出信号，用于指示电源状态。在电源启动后，PG引脚初始为低电平，当涌入序列完成且PGTH引脚电压超过 (V{PGTH(R)}) 时，PG引脚在去毛刺时间 (t{PGA}) 后被置高。在正常运行中，当PGTH引脚电压低于 (V{PGTH(F)}) 或检测到故障时，PG引脚会在去毛刺时间 (t{PGD}) 后被置低。

五、应用与实现

（一）单设备自控制应用

在单设备自控制应用中，LM73100可以独立工作，也可以通过主机MCU控制EN/UVLO或OVLO引脚。IMON引脚可连接到MCU的ADC输入进行电流监测，PGTH引脚的电阻分压器可根据需要选择 (V{IN}) 或 (V{OUT}) 作为电源。

（二）有源ORing应用

在冗余电源配置中，LM73100的线性ORing机制确保在电源快速或缓慢变化时，不会有反向电流在电源之间流动。多个LM73100可以实现电源的并行连接，提供高效的电源解决方案。

（三）优先电源多路复用应用

对于需要优先选择电源的应用，如POS终端和便携式电池供电设备，LM73100可以实现优先电源的切换。当主电源电压低于用户定义的欠压阈值时，辅助电源自动开启。

（四）USB PD端口保护应用

在USB PD端口保护中，LM73100可与TPS259470x配合使用，提供过压保护和反向电流阻断功能。PD控制器可以通过OVLO引脚控制电源路径，满足快速角色交换（FRS）的时序要求。

（五）并行操作应用

对于需要更高稳态电流的应用，可以将多个LM73100并联使用。第一个设备先开启提供浪涌电流限制，第二个设备在第一个设备的PG信号置高后开启，实现电流共享。

六、电源供应建议与布局

（一）电源供应建议

为了确保LM73100的正常工作，建议使用输入陶瓷旁路电容，特别是当输入电源距离器件较远时。电源的额定电流应高于设定的电流限制，以避免过流和短路时的电压下降。同时，要注意输入的最大负电压限制和信号引脚的上拉电阻选择。

（二）瞬态保护

在设备开关过程中，输入和输出电感会产生电压尖峰，可能超过器件的绝对最大额定值。为了应对这些瞬态问题，可以采取多种措施，如减少引线长度和电感、使用大的PCB接地平面、连接肖特基二极管和低ESR电容等。在某些情况下，还需要添加瞬态电压抑制器（TVS）。

（三）布局指南

合理的布局对于器件的性能至关重要。建议在IN和GND之间使用0.1μF或更大的陶瓷去耦电容，并将其放置在离器件最近的位置。高电流的电源路径连接应尽可能短，GND引脚应与PCB接地平面短连接。同时，要注意支持组件的放置和布线，以及保护器件的位置和布线。

七、总结

LM73100是一款功能强大、性能卓越的理想二极管，为电源管理和保护提供了全面的解决方案。其丰富的特性和广泛的应用领域，使其成为电子工程师在设计电源电路时的理想选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择器件参数，优化电路设计和布局，以确保系统的安全可靠运行。你在使用LM73100或其他类似器件时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。