具有逆向保護和過壓保護功能的理想二極體控制器

－有助於降低功率損耗和實現車載設備小型化－
Ideal Diode Controller with Reverse Polarity Protection and Overvoltage Protection

東芝電子元件及儲存裝置株式會社（簡稱「東芝」）現已推出理想二極體[1]控制器「TPD7110F」。這款產品可以安全地控制汽車的電源系統，有助於確保設計靈活性和節省空間。

近年來，隨著車載電子控制單元（ECU）技術的不斷進步，其電流消耗也隨之增加。二極體一直以來都用於電源的逆向保護和負載側的反向電流阻斷。
然而，不斷增長的電流需求需要更大的二極體和更強的散熱性能，這阻礙了設備小型化目標的實現。
因此，市場上對理想二極體的需求日益增長；理想二極體能夠透過降低電源線傳導過程中的功率損耗來抑制發熱，從而支援設備小型化。
此外，汽車安全設計需要備援配置[2] ，加速了電源系統備援化趨勢，提高了理想二極體控制器在此類系統中的重要性。

為滿足這些需求，該產品透過內建電荷泵電路（帶有內部電容器）並將其與N通道MOSFET結合，實現了理想的低損耗二極體結構。除了防反保護和負載側反向電流阻斷外，該產品還具有過電壓保護功能。透過使用多個該產品，可以建立備援電源系統。此外，透過與背靠背MOSFET搭配使用，可用作負載開關，實現開/關控制。

另外，低電流消耗設計使其工作電流消耗僅100µA（典型值）。此外，待機電流消耗為2µA（典型值），有助於降低蓄電池功耗。這有助於提高系統整體效率並減少環境影響。

此外，透過採用東芝獨有的PS-8小型封裝，並結合低導通電阻的N通道MOSFET，實現理想二極體，有助於降低各種設備的功率損耗，實現設備小型化。

東芝將繼續擴大具有低功耗、小型化和高可靠性的產品線，為建立安全永續性社會做出貢獻。

Figure 1. Ideal diode
圖1：理想二極體
Figure 2. Load switch and ideal diode
圖2：負載開關與理想二極體

註:
[1]理想二極體是一種旨在實現「理想」特性，具有電流單向流動功能的電路或裝置，就像現有二極體（整流元件）一樣。
[2]備援配置是指一種設計策略，透過複製或增加控制系統和感測器系統等重要係統，確保自動駕駛車輛的安全。

特性

  1. 防反保護
  2. 過壓保護
  3. 低電流消耗設計減少了電池負載
    工作電流消耗＝100µA（典型值）／待機電流消耗＝2µA（典型值）
  4. 小型封裝PS-8，適合高密度貼裝

 

特性說明

1.防反保護

在車載系統中，電池或電源線可能會接錯。這款新產品內建防反保護電路，即使電源極性接反，也能在反接時關閉N通道MOSFET，進而防止電路和設備受損。

2.過壓保護

當電池電壓因突波等情況而進入過電壓狀態時，產品會關閉N通道MOSFET，從而防止負載側的設備因過壓而損壞[3] 。一旦電池電壓恢復至正常電平，產品會再次導通N通道MOSFET。

註：
[3]當使用MOSFET以背對背結構配置時。

Figure 3. Operation diagram of overvoltage protection (and undervoltage protection)

V OVH ：過電壓偵測電壓，V OVL ：過壓釋放電壓，V OVHYS ：過電壓偵測滯後
V UVL ：欠電壓偵測電壓，V UVH ：欠壓釋放電壓，V UVHYS ：欠電壓偵測滯後
V GS ：閘極-源極電壓， V GS(1) ：高電平輸出（13） GS3(13) 13) 電壓

圖3：過壓保護（和欠壓保護）的工作原理圖

低電流消耗設計減少了電池負載   工作電流消耗＝100µA（典型值）   ／待機電流消耗＝2µA（典型值）

Figure 4. Current consumption characteristics of TPD7110F
圖4：TPD7110F的電流消耗特性

由於採用了低電流消耗設計，這款內建電荷泵電容器的產品實現了極低的工作電流消耗，典型值為100µA。此外，待機電流消耗僅2µA（典型值），有助於降低不必要的蓄電池功耗。這有助於提高系統整體效率並減少環境影響。

4. 小型封裝PS-8，適合高密度貼裝

Figure 5. Comparison of MSOP-8 and PS-8 packages
圖5：MSOP-8封裝與PS-8封裝對比

TPD7110F採用東芝獨有的小型封裝PS-8(SON8-P)。雖然本產品採用易於貼片的引線型封裝，但其尺寸極小，僅2.9mm×2.8mm×0.8mm，與常見的小型SOP封裝MSOP-8相比，貼片面積減小了約55%。
此外，如前所述，該產品內建電荷泵電路（帶有內部電容器），與其他需要外部電容器的產品相比，顯著節省了空間。

應用

  • 車身控制模組（BCM）
  • 電池管理系統（BMS）
  • 抬頭顯示（HUD）

主要規格

(Unless otherwise specified, Ta=25°C)

裝置型號 TPD7110F
Package 名稱 PS-8
尺寸 (mm) 2.9×2.8
引腳間距 (mm) 0.65
絕對最大額定值 供電電壓 VDD(1) (V) -0.3 至 60
反接狀態下的供電電壓 VDD(2) (V) -32
輸入電壓 (1) VIN (V) -0.3 至 6
輸入電壓 (2) VSENSE (V) -0.3 至 60
輸入電壓 (3) VSOURCE (V) -0.3 至 60
輸出電壓 VGATE (V) -0.3 至 60
輸出拉電流 IGS(-) (µA) 管內電容
輸出灌電流 IGS(+) (mA) 200
允許功耗 PD (W) 0.99
工作溫度 Topr (°C) -40 至 125
結溫 Tj (°C) 150
儲存溫度 Tstg (°C) -55 至 150
工作範圍 工作電壓
VDD(opr) (V)		 Tj=-40 至 125°C 3 至 32
Electrical
characteristics		 供電電流 IDD(ON1) (µA) VDD=12V, VIN=5V,
Tj=25°C		 典型值 100
供電電流 IDD(OFF1) (µA) VDD=12V, VIN=0V,
Tj=25°C		 典型值 2
保護功能 防反保護
反向電流阻斷過
電壓保護
欠壓保護
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