LT8672：高性能有源整流控制器的技术剖析

在电子设备的电源管理中，整流器控制器扮演着至关重要的角色。今天给大家介绍一款出色的有源整流控制器——LT8672，它专为汽车应用设计，在性能、效率和可靠性方面都有卓越表现。

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产品概述

LT8672是一款具备反向输入保护功能的有源整流控制器，通过驱动外部N沟道MOSFET来替代功率肖特基二极管。它具有极低的静态电流和快速的瞬态响应，能满足存在高达100kHz交流输入信号的汽车应用的严格要求。在外部FET上实现最小的功率损耗进行整流，简化了PCB的热管理。

产品特性

• AEC - Q100认证：满足汽车应用的严格要求，具备高可靠性和稳定性。
• 反向输入保护：能承受高达 - 40V的反向输入电压，有效保护电路。
• 性能提升：相较于肖特基二极管，功率损耗降低超过90%，压降降至20mV，拥有超快的瞬态响应。
• 宽工作电压范围：工作电压范围为3V至42V，适应多种电源环境。
• 低静态电流：工作时静态电流低至20µA，关机电流仅3.5µA，节能效果显著。
• 精确的使能引脚阈值：使能引脚阈值为1.21V，确保精确控制。
• 多种封装形式：提供10引脚MSOP、10引脚3mm × 2mm DFN和3mm × 2mm可侧焊DFN封装，方便不同应用场景的设计。

工作原理

有源整流控制器

有源整流控制器控制外部N沟道MOSFET形成理想二极管。GATE放大器监测DRAIN和SOURCE两端的电压，驱动MOSFET的栅极，将正向电压调节至20mV。当负载电流增加，GATE电压升高使MOSFET完全导通；负载电流减小时，GATE电压降低以维持20mV的压降。若VDRAIN电压降低到无法维持20mV压降时，MOSFET关闭。

在快速SOURCE - DRAIN瞬变时，快速上拉（FPU）和快速下拉（FPD）电流路径可快速开关外部MOSFET，实现输入信号的整流，且功率损耗远低于二极管。同时，SOURCE和GATE引脚可承受 - 40V的反向输入电压，当SOURCE为负时，GATE被拉至SOURCE，关闭MOSFET，隔离DRAIN与负输入。

辅助升压调节器

辅助升压调节器采用滞回控制方案和100mA的恒定低端电流限制。当AUX - DRAIN电压低于标称值（通常为11V）时，低端功率开关导通，电感电流上升，达到100mA时开关关闭，电感向CAUX放电，直至电流降为零。若AUX - DRAIN电压高于标称值，所有高功率电路关闭以降低静态电流。这种控制方案的开关频率取决于电感值和DRAIN电压。

电源良好引脚（PG）

PG为开漏输出，无故障时呈高阻抗，表示外部MOSFET正常工作。当满足以下条件时，PG拉低：器件处于关机状态、启动时AUX电压未达到调节值、栅极驱动器的快速上拉路径激活超过17µs。若用PG控制输出负载，可保护MOSFET免受过载。

应用信息

替代肖特基二极管

在传统电源输入中，常用阻塞二极管防止电源反接。LT8672用MOSFET替代二极管，降低了电压降和功率损耗。从功率损耗和正向电压降的对比曲线可以看出，MOSFET在这些方面有显著优势，能节省电路板面积。

工作范围与性能

LT8672工作电压范围为3V至42V，能承受 - 40V至42V的绝对最大电压范围。在汽车应用中，可应对负载突降、冷启动和双电池跳跃等情况，还能在反接电池时保护负载。其快速响应能力可对高达6VP - P、频率达50kHz的输入纹波进行整流，2Vp - p、频率达100kHz的输入纹波也能整流，有效防止外部MOSFET过热。

关机模式/欠压锁定

关机时，LT8672将GATE拉低至SOURCE，关闭MOSFET，电流消耗降至3.5μA，但MOSFET的体二极管仍可导通正向电流。使能时，LT8672作为有源整流器工作。若不需要关机功能，可将EN/UVLO连接到DRAIN。通过在SOURCE和EN/UVLO之间添加电阻分压器，可实现可编程欠压锁定。

输入短路故障和负瞬变保护

对于快速负输入瞬变，LT8672依靠快速下拉（FPD）比较器。但由于FPD阈值为负，外部MOSFET在FPD关闭前会积累反向电流，可能导致SOURCE节点出现负瞬变。为防止损坏，可使用两个TVS二极管将SOURCE引脚钳位到地。同时，D1可在负载阶跃和过压情况下保护SOURCE，D3可在特定情况下保护外部MOSFET。

快速输入纹波整流

LT8672专为满足汽车电子控制单元（ECU）的严格要求而设计。根据汽车规范，ECU的电源可能会叠加高达30kHz、振幅达6VP - P的交流纹波。由于其栅极驱动器输出电流大、延迟时间短，能快速控制外部MOSFET，将功率损耗和反向电流传导降至最低，同时显著降低输出电容中的纹波电流。

MOSFET选择

选择MOSFET时，需考虑导通电阻RDS(ON)、最大漏源电压BVDSS、栅极阈值电压VGS(TH)和总栅极电荷QG TOT。栅极驱动与标准阈值和逻辑电平MOSFET在3V至42V的整个工作范围内兼容。BVDSS必须高于电源电压，RDS(ON)应尽可能小以降低功率损耗，同时选择总栅极电荷QG TOT小的MOSFET以实现快速栅极驱动。

电解电容器和纹波电压

在整流过程中，电解电容器CLOAD可降低负载端的纹波电压。纹波电压VR与CLOAD、纹波频率、纹波振幅和负载电流有关，可通过公式计算。选择电解电容器时，需考虑高频下的高峰值电流。

汽车冷启动

在汽车冷启动时，电池电压可能降至3.2V。传统反向保护方案使用肖特基二极管时，由于电压降高，要求供电电路在低至2.5V的最小输入电压下工作，可能需要使用降压 - 升压调节器。而LT8672的最小输入工作电压为3V，可在冷启动脉冲期间以最小的输入输出压降工作，允许使用具有3V最小工作电压和低压降特性的降压调节器。

辅助升压调节器

辅助升压调节器为栅极驱动器提供升压电压，使外部MOSFET充分导通。推荐的外部无源组件包括1μF/16V陶瓷电容器和47μH至100μH的电感器。电感器的饱和电流应至少为120mA，ESR不应超过10Ω。可通过相关公式近似计算辅助升压调节器的最大输出电流和最大开关频率。在输入纹波整流时，根据纹波频率和MOSFET的总栅极电荷可计算平均AUX电流。

电源良好引脚应用

PG引脚可检测多种系统故障，如外部MOSFET栅极短路到地或源极、AUX电压不足等。若用PG控制外部MOSFET的负载电流，可防止其体二极管长时间导通大电流，减少发热。推荐选择足够大的MOSFET，使最大负载电流下的正向电压不超过75mV。

布局考虑

在PCB布局时，应将SOURCE和DRAIN引脚尽可能靠近MOSFET的源极和漏极引脚，保持到MOSFET的走线宽而短，以减少电阻损耗。将浪涌抑制器和瞬态保护组件靠近LT8672放置，使用短引脚长度。GATE走线与其他节点保持足够距离，防止漏电导致MOSFET导通。只有SOURCE和DRAIN走线可与GATE走线并行。使用免清洗助焊剂以减少PCB污染。同时，应尽量减小CAUX和COUT形成的环路面积。

典型应用

文档中给出了多种典型应用电路，包括12V汽车应用的有源整流、带EMI滤波器的12V汽车应用有源整流、高负载的12V汽车应用有源整流等。这些应用电路展示了LT8672在不同场景下的具体使用方法和所需的外部组件。

总结

LT8672作为一款高性能的有源整流控制器，在汽车应用及其他相关领域具有显著优势。其低功耗、快速响应、宽工作电压范围等特性，使其成为替代传统肖特基二极管的理想选择。在实际设计中，工程师需要根据具体应用场景，合理选择外部MOSFET、电解电容器等组件，并注意PCB布局，以充分发挥LT8672的性能。大家在使用过程中，是否也遇到过类似的电源管理问题呢？欢迎交流分享。