Module “diode lý tưởng” chống cắm ngược, sụt áp thấp cho dòng lớn

1. Giới thiệu

Module XL74610 là một “ideal diode” dùng MOSFET công suất, thay thế cho giải pháp LM74610 truyền thống.

Thay vì dùng diode Schottky có sụt áp ~0,3–0,7V và tỏa nhiệt lớn, XL74610 sử dụng MOSFET nội trở rất thấp (~3,3 mΩ), giúp:

• Giảm sụt áp xuống chỉ khoảng 50 mV (ở dòng lớn).
• Giảm công suất tỏa nhiệt, tăng hiệu suất toàn hệ thống.
• Bảo vệ đảo chiều nguồn tương tự diode, nhưng không hao tổn nhiều năng lượng.

Rất phù hợp cho các mạch nguồn pin, ắc-quy, hệ thống cấp dòng lớn (12V, 24V) trong dự án IoT, robot, xe mô hình, v.v.

2. Thông số kỹ thuật chính

Điện áp hoạt động

• Dải điện áp: 1,5V – 36V (DC).

Dòng điện hoạt động

• 12V, 25°C, không tản nhiệt: ≤ 15A
  (được thử nghiệm liên tục 30 phút ở 15A).
• 12V, 25°C, có tản nhiệt + quạt: ≤ 30A
  (được thử nghiệm liên tục 30 phút ở 30A).
• Về lý thuyết có thể xử lý trên 50A nếu tản nhiệt tốt, nhưng chưa được test thực tế trên 30A.

Sụt áp & tổn hao

• Sụt áp điển hình khoảng 0,05–0,3V, tùy dòng tải.
• So sánh:
  
  • Diode Schottky 0,3V ở 10A → tỏa nhiệt ~3W.
  • XL74610 ~0,05V ở 10A → chỉ khoảng 0,5W, giảm đáng kể nhiệt độ.

Dòng tĩnh (Quiescent current)

• Trạng thái không tải: ~0mA
  (thực tế vẫn sẽ có chút dòng rò ở chế độ sleep / rò MOSFET nhưng rất nhỏ).

Linh kiện on-board

• IC điều khiển: MX74610T (XL74610).
• MOSFET công suất: AGM403A1 (hoặc tương đương).
• Tụ gốm 0603, 25V, 2,2µF (lọc nhiễu).

Kích thước & lắp đặt

• Kích thước module: 17 x 10 x 3 mm.
• Phương pháp gắn: Hàn trực tiếp lên mạch, hoặc qua dây vào các lỗ pad hai đầu.

3. Cấu trúc & sơ đồ chân

Mặt trước của module có 2 cụm pad lớn ở hai đầu, mỗi đầu 3 lỗ, được nối chung làm bus:

• Đầu IN (Input): nối với cực dương nguồn (pin, adapter, ắc-quy, …).
• Đầu OUT (Output): nối với cực dương tải (mạch MCU, mô-đun, motor driver, …).

Mặt sau thường in mũi tên chỉ chiều dòng điện:

Nguồn → XL74610 → Tải.

Lưu ý: module không dùng chân GND riêng. Mass (GND) của nguồn và tải vẫn nối trực tiếp như bình thường; XL74610 chỉ nằm nối tiếp trên đường dương (giống như đặt một diode lý tưởng trên đường V+).

4. Nguyên lý hoạt động (tóm tắt)

• Khi nối đúng cực (Vinput > Voutput), IC XL74610 điều khiển MOSFET dẫn bão hòa, tạo đường dẫn điện trở rất thấp (vài mΩ), nên sụt áp rất nhỏ.
• Khi xảy ra đảo cực, hoặc Voutput lớn hơn Vinput, MOSFET bị khóa, ngăn dòng chảy ngược, bảo vệ nguồn và thiết bị phía trước (pin, adapter, tấm pin mặt trời…).

Bạn có thể hiểu XL74610 như:

“Một con diode chống cắm ngược, nhưng gần như không mất áp và ít nóng hơn rất nhiều.

5. Cách đấu nối trong mạch

1. Xác định chiều mũi tên trên PCB (hoặc vị trí ký hiệu IN/OUT nếu có).
2. Đấu nối:
   
   • Đầu IN → cực dương nguồn.
   • Đầu OUT → cực dương tải (mạch chính, driver motor, module…).
   • GND của nguồn và tải nối trực tiếp, không qua module.
3. Với dòng lớn (trên 10–15A), nên:
   
   • Dùng dây to, pad hàn chắc.
   • Có tản nhiệt / gắn lên PCB dày (2oz copper) để tăng khả năng tỏa nhiệt.
   • Hạn chế chạy dây quá dài trên đường V+ qua module.

6. Ứng dụng gợi ý

• Bảo vệ cắm ngược nguồn cho ESP32, Arduino, STM32 (dòng đến vài A).
• Bảo vệ pin Li-ion / ắc-quy khỏi dòng ngược khi đấu song song nhiều nguồn.
• Nguồn OR-ing: ghép hai nguồn 12V/24V với nhau (ví dụ adapter + ắc-quy) để chọn nguồn ưu tiên mà không bị đấu ngược.
• Hệ thống robot, xe điều khiển, motor driver cần bảo vệ nguồn nhưng muốn giảm tối đa sụt áp.
• Hệ thống năng lượng mặt trời nhỏ: đặt trên đường từ tấm pin tới bộ sạc, thay thế diode chống đảo chiều truyền thống.

7. Hạn chế & lưu ý sử dụng

Theo tài liệu mô tả từ nhà bán hàng, module có một số giới hạn:

1. Không có GND chung & không có tụ/diode bảo vệ trên module
   
   • Khi làm việc gần 35V, hoặc môi trường có nhiều xung áp cao (motor, relay, SMPS), nên bổ sung tụ lọc và bảo vệ (TVS diode, snubber) ở ngoài để tránh hư IC.
2. Sụt áp ở tải nhỏ
   
   • Ở mức không tải hoặc rất ít tải, sụt áp khoảng 0,3V, chỉ giảm xuống thấp khi dòng tải trên ~10mA.
   • Vì vậy không phù hợp cho các thiết bị cần điện áp chính xác rất thấp (dưới 0,4V) hoặc dòng siêu nhỏ.
3. Dòng rò ngược nhỏ
   
   • Có leakage current rất nhỏ khiến bạn có thể thấy điện áp “phù” ở đầu ra khi không có tải, hoặc khi đầu ra nối ngược về đầu vào.
   • Điều này thường không ảnh hưởng tới tải công suất, nhưng có thể làm sai lệch đo điện áp nếu mạch đo nhạy.
4. Không khuyến nghị dùng trực tiếp với vi điều khiển ở mức tín hiệu
   
   • Tài liệu cảnh báo không nên dùng như diode tự do (freewheeling) trong nguồn switching hoặc đặt ngay trên đường cấp MCU đòi hỏi điện áp siết chặt.
   • Vẫn có thể dùng để bảo vệ nguồn 5V/12V chung, nhưng không nên đặt ở ngay trước chân VCC của MCU trong mạch nhạy cảm mà không tính toán kỹ.

8. Kết luận

Module XL74610 Ideal Diode là lựa chọn gọn, rẻ và hiệu quả cho các dự án cần:

• Bảo vệ cắm ngược nguồn,
• OR-ing nhiều nguồn với nhau,
• Giữ sụt áp cực thấp ngay cả ở dòng lớn 10–30A.

Nếu bạn đang thiết kế các dự án IoTLabs với ESP32, robot, mạch nguồn 12V/24V, thì đây là một “viên gạch” rất đáng để đưa vào thư viện module tiêu chuẩn: dễ dùng như một con diode thường, nhưng hiệu suất và độ an toàn cao hơn hẳn.