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一“接”之误,电池安危,聊聊电池防反的那些事:MPQ5850的破局之道

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为了满足前端对大电流、快速响应和小占地面积的需求,MPS 开发了基于Boost驱动模式的MPQ5850-AEC1。。。

为了满足前端对大电流、快速响应和小占地面积的需求,MPS 开发了基于Boost驱动模式的MPQ5850-AEC1,它是一款智能的汽车级理想二极管控制器,采用TSOT23-8的超小封装,芯片尺寸只有2mm*3mm,可以高效驱动外部N-MOSFET来代替传统肖特基二极管或P-MOSFET进行汽车前端反向输入保护

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图1 MPQ5850及其典型应用电路


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创新设计,性能优异

MPQ5850芯片内部集成的Boost变换器采用固定峰值电流模式控制,可以高效地产生一个高于Drain端12V的电压,确保精准、稳定地驱动外部N-MOSFET

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图2 MPQ5850的功能框图

当Boost变换器输出的浮动电压低于12V时,其控制电路即刻会发送一个开通脉冲,驱动Boost的下管导通,电感进入充电状态。当电感电流上升到设定的峰值电流220mA时,该脉冲结束,下管截止,电感随即通过二极管续流,进入放电状态,直到电感电流减小至0mA,下一个开通周期才会重新启动。

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图3 MPQ5850内部集成的Boost的工作时序图

这种固定峰值电流模式控制使得Boost的开关频率只有800Hz左右,进而带来很小的静态功耗(4μA的关断电流和30μA的静态工作电流),也使该设备成为电池供电应用的理想选择。

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极小的导通压降

MPQ5850通过精密调控外部N-MOSFET的Gate电压,确保其两端压降(VSD)恒定在仅20mV。面对负载电流的动态变化,该器件展现出卓越的响应能力:当负载电流上升时,Gate电压同步上升,直到MOSFET实现完全导通;而当负载电流下降时 ,Gate电压又能精准下调,使MOSFET恰好处在理想的线性工作区,持续保持20mV的超低压降。这一特性显著减少了系统在实际应用中的功率损耗,特别是在大电流场景下,MPQ5850的出色表现成为降低功耗、提升能效的理想之选

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图4 Gate驱动状态切换

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超快的保护速度与杰出的整流功能

MPQ5850凭借其出众的栅极驱动能力(170mA上拉电流),远超市场上常见的charge pump驱动方案(典型为20mA上拉电流),显著优势不言而喻。

同时由于芯片正常工作于20mV调制状态,使得外部的N-MOSFET工作于理想的线性工作区而保持较低的Vgs。因此,在面对负压或反流状况,MPQ5850展现出超乎寻常的瞬态响应速度,迅速且精准地为后级电路提供全面保护,确保系统安全稳定的运行。

MPQ5850出众的防反能力和输入电压整流性能,确保其完全符合严苛的ISO 16750和ISO 7637标准如图4所示,该器件在面对IV级别的负脉冲测试和100kHz输入叠加高频交流信号测试时,均展现出卓越的性能。

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图5 MPQ5850的ISO 16750负向脉冲测试与ISO 7637输入整流能力测试波形

04
卓越的Cold Crank工作特性

MPQ5850的独特之处在于,其内部电路运行并非依赖VBATT供电,而是由漏极电压(VOUT)直接驱动。这一设计使得,只要VOUT超过其UVLO阈值电压,即使在极端冷启动条件下(当VBATT降至0V时),MPQ5850仍能稳定工作。

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图6 MPQ5850的冷启动测试波形

如果VOUT下降到UVLO阈值以下,则器件将GATE引脚下拉到SOURCE引脚(也是N-MOSFET的源极),直到boost输出电容CRES上的电压放电到其UVLO阈值之下。这允许该设备在有低电压瞬变时(例如冷起动条件)期间还能正常工作维持正向电压降最小化。

当VOUT降至UVLO阈值以下时,驱动电路由Boost输出电容CRES继续供电,直到CRES两端压降低于其UVLO阈值电压时,GATE引脚才会拉低至与SOURCE引脚(即N-MOSFET源极)平齐,将N-MOSFET关断。此举确保系统在遭遇如冷启动等低电压瞬变状况时,该设备也能保持稳健运行,最大限度地减小正向电压降,确保性能稳定且高效。

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超前的报警指示

MPQ5850集成Power Good(PG)引脚,可以用于指示MPQ5850的状态。当芯片被禁用或Boost输出失调时,PG会拉低,指示错误行为。同时,当Vsd>75mV超过17us时,PG也会发送错误警告信号来指示过流状态。

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图7 Power Good测试波形

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优越的EMI性能

MPQ5850内部的Boost变换器,以800Hz的开关频率稳定运行,巧妙地规避了对额外EMI滤波器地需求,如此一来,即使面临严苛的EMI环境,该芯片也能游刃有余,展现出卓越的电磁兼容性能

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图8 MPQ5850在CISPR25 Class 5下CE和RE 的EMI表现

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总结













MPQ5850智能二极管控制器,以其独特的优势,为用户实现全方位、高效的解决方案。它不仅能显著提升系统效率,更在降EMI干扰方面表现出色。即使面临严苛环境挑战,如冷启动和输入叠加高频AC的形况,仍能稳定可靠地运行

另外,在MPQ5850防反的解决方案之上,我们已经成功开发出了MPQ5852新增电池电压与负载电压的过压(OV)、欠压(UV)检测与诊断功能,提升系统防护和监控能力

MPS 现可提供全系列符合AEC-Q100规格的汽车电源芯片方案,拥有包括升降压与升压DCDC、降压DCDC、PMICs、线性稳压(LDO)LED驱动、USB(无线)车充电机驱动半桥驱动、负载开关、D类音频功放、电压监测、电流监测、多相电源、传感器芯片、ADAS电源管理等完善的产品矩阵。


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