运放做自动OR操作的电源选择器

2012-02-13 15:51:23来源: 互联网
一般来说,人们都希望系统供电电源是可用性最高的输入电压。用一种肖特基二极管的OR方法就可以完成这个任务(图1)。糟糕的是,肖特基二极管的正向压降在300mV~600mV范围内。这个压降会消耗功率,产生热量,降低系统可用的电压。

  

 

  高效率的电压OR操作只需要一只P沟道或N沟道MOSFET、一只适当的运放,以及少量无源元件。本例描述了对正直流电源轨的电压OR应用。P沟道MOSFET设计适合于工作在3.3V或更高电压的小功率单电源系统,而N沟道MOSFET则适用于较低总线电压或较大电流,以及有合适运放偏置电压的情况。

  在N沟道FET设计中,MOSFET漏极流出正电流。在P沟道设计中,电流则来自MOSFET源极。如果采用常见的电流方向(作切换或放大),则MOSFET漏极的体二极管会破坏整流工作。

  首要的设计任务是选择一款合适的MOSFET.MOSFET的最差情况导通电阻必须足够低,使满载电流时的I×R压降也足够低,才能达到设计目标。当5A电流流过一只0.01Ω的MOSFET时,产生50mV的正向压降。一定要考虑到由于R×I2及温升所产生的功耗

  第二个设计任务是选择一款运放。这个运放必须能工作在所有电压下,为MOSFET提供充分的极驱动电压。P沟道设计要求采用一种轨至轨的型号。对N沟道设计来说,单电源运放是合适的。要考虑的另外一个重要问题是运放的输入失调电压VOS,总±VOS窗口必须小于MOSFET上要求的最大压降。例如,如果允许满载时有10mV正向压降,则运放的失调电压应不差于±5 mV.

  R1/R2、R11/R12和R21/R22构成输入电压分压器,用于将运放输入偏置在略低于所控制输入电压的水平上(图2与图3)。这个偏置必须超过运放的最大失调电压,以确保在施加反向电压时,量产时用的所有运放器件都能正常地关断MOSFET.在P沟道的5V设计实例中,R1与R2将运放反相输入端偏置在输入电压的99.9%(即4.995V)直流处。在稳态工作时,运放用于导通MOSFET,将其它运放的输入保持在相同电压下,使之在运放失调电压的容限内。采用0V失调的完美运放时,轻载电流只能使MOSFET部分增强,因此电路产生一个5mV的MOSFET正整流器压降。这点轻微效果只是R1与R2输入偏置的唯一缺点。如果MOSFET电阻过高,不能在满载时保持5mV,则当MOSFET的输出摆至电源轨时,运放可全增强MOSFET,OR电路为MOSFET提供了全增强的导通电阻。

  

 

  

 

  可以将MOSFET可变的导通电阻看做用于运放检测电流的元件。当你施加反向电压时,MOSFET去增强,I×R压降增加,运放的输出最终停在相应的电源轨,尽力地驱动MOSFET.

  图4显示了工作区的电流-电压测试数据。完整的设计(包括有意的失调)产生绿色曲线。等效的相反内部失调与非有意的外在失调则产生蓝色曲线。虽然绿色曲线在轻载时牺牲了一些正向压降,但其正向电压始终小于满载的最大值。有意失调避免在MOSFET中出现大的反向电流。本设计能够以0A电流过渡切换,此时泄漏电流MOSFET的漏极体二极管可能是主要的。

  

 

  另一方面,无有意失调的蓝色曲线则允许在某些情况下出现大的反向电流。本例显示,在电脑关断MOSFET前,MOSFET上的2mV反向电压产生了大约100mA的反向电流。P沟道和N沟道设计都已经过测试,P沟道设计已量产。

关键字:运放  自动OR  电源  选择器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0213/article_14261.html
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