運(yùn)放做自動(dòng)OR操作的電源選擇器

一般來(lái)說(shuō)，人們都希望系統(tǒng)供電電源是可用性最高的輸入電壓。用一種肖特基二極管的OR方法就可以完成這個(gè)任務(wù)(圖1)。糟糕的是，肖特基二極管的正向壓降在300mV~600mV范圍內(nèi)。這個(gè)壓降會(huì)消耗功率，產(chǎn)生熱量，降低系統(tǒng)可用的電壓。

　　高效率的電壓OR操作只需要一只P溝道或N溝道MOSFET、一只適當(dāng)?shù)?strong>運(yùn)放，以及少量無(wú)源元件。本例描述了對(duì)正直流電源軌的電壓OR應(yīng)用。P溝道MOSFET設(shè)計(jì)適合于工作在3.3V或更高電壓的小功率單電源系統(tǒng)，而N溝道MOSFET則適用于較低總線(xiàn)電壓或較大電流，以及有合適運(yùn)放偏置電壓的情況。

　　在N溝道FET設(shè)計(jì)中，MOSFET漏極流出正電流。在P溝道設(shè)計(jì)中，電流則來(lái)自MOSFET源極。如果采用常見(jiàn)的電流方向(作切換或放大)，則MOSFET漏極的體二極管會(huì)破壞整流工作。

　　首要的設(shè)計(jì)任務(wù)是選擇一款合適的MOSFET.MOSFET的最差情況導(dǎo)通電阻必須足夠低，使?jié)M載電流時(shí)的I×R壓降也足夠低，才能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。當(dāng)5A電流流過(guò)一只0.01Ω的MOSFET時(shí)，產(chǎn)生50mV的正向壓降。一定要考慮到由于R×I2及溫升所產(chǎn)生的功耗。

　　第二個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)是選擇一款運(yùn)放。這個(gè)運(yùn)放必須能工作在所有電壓下，為MOSFET提供充分的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。P溝道設(shè)計(jì)要求采用一種軌至軌的型號(hào)。對(duì)N溝道設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，單電源運(yùn)放是合適的。要考慮的另外一個(gè)重要問(wèn)題是運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓VOS,總±VOS窗口必須小于MOSFET上要求的最大壓降。例如，如果允許滿(mǎn)載時(shí)有10mV正向壓降，則運(yùn)放的失調(diào)電壓應(yīng)不差于±5 mV.

　　R1/R2、R11/R12和R21/R22構(gòu)成輸入電壓分壓器，用于將運(yùn)放輸入偏置在略低于所控制輸入電壓的水平上(圖2與圖3)。這個(gè)偏置必須超過(guò)運(yùn)放的最大失調(diào)電壓，以確保在施加反向電壓時(shí)，量產(chǎn)時(shí)用的所有運(yùn)放器件都能正常地關(guān)斷MOSFET.在P溝道的5V設(shè)計(jì)實(shí)例中，R1與R2將運(yùn)放反相輸入端偏置在輸入電壓的99.9%(即4.995V)直流處。在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，運(yùn)放用于導(dǎo)通MOSFET,將其它運(yùn)放的輸入保持在相同電壓下，使之在運(yùn)放失調(diào)電壓的容限內(nèi)。采用0V失調(diào)的完美運(yùn)放時(shí)，輕載電流只能使MOSFET部分增強(qiáng)，因此電路產(chǎn)生一個(gè)5mV的MOSFET正整流器壓降。這點(diǎn)輕微效果只是R1與R2輸入偏置的唯一缺點(diǎn)。如果MOSFET電阻過(guò)高，不能在滿(mǎn)載時(shí)保持5mV,則當(dāng)MOSFET的輸出擺至電源軌時(shí)，運(yùn)放可全增強(qiáng)MOSFET,OR電路為MOSFET提供了全增強(qiáng)的導(dǎo)通電阻。

　　可以將MOSFET可變的導(dǎo)通電阻看做用于運(yùn)放檢測(cè)電流的元件。當(dāng)你施加反向電壓時(shí)，MOSFET去增強(qiáng)，I×R壓降增加，運(yùn)放的輸出最終停在相應(yīng)的電源軌，盡力地驅(qū)動(dòng)MOSFET.

　　 在輕載情況以及給定失調(diào)電壓時(shí)，運(yùn)放嘗試使自己電源輸出檢測(cè)的輸入端電壓，達(dá)到其電源輸入檢測(cè)的輸入端電壓與失調(diào)電壓之和。開(kāi)路時(shí)，運(yùn)放沒(méi)有有意的外在失調(diào)。如果運(yùn)放的失調(diào)電壓是相反的方向，則當(dāng)輸入電源總線(xiàn)降低到某個(gè)低于輸出電壓總線(xiàn)的電位時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)大的反向截止電流。

　　圖4顯示了工作區(qū)的電流-電壓測(cè)試數(shù)據(jù)。完整的設(shè)計(jì)(包括有意的失調(diào))產(chǎn)生綠色曲線(xiàn)。等效的相反內(nèi)部失調(diào)與非有意的外在失調(diào)則產(chǎn)生藍(lán)色曲線(xiàn)。雖然綠色曲線(xiàn)在輕載時(shí)犧牲了一些正向壓降，但其正向電壓始終小于滿(mǎn)載的最大值。有意失調(diào)避免在MOSFET中出現(xiàn)大的反向電流。本設(shè)計(jì)能夠以0A電流過(guò)渡切換，此時(shí)泄漏電流MOSFET的漏極體二極管可能是主要的。

　　另一方面，無(wú)有意失調(diào)的藍(lán)色曲線(xiàn)則允許在某些情況下出現(xiàn)大的反向電流。本例顯示，在電腦關(guān)斷MOSFET前，MOSFET上的2mV反向電壓產(chǎn)生了大約100mA的反向電流。P溝道和N溝道設(shè)計(jì)都已經(jīng)過(guò)測(cè)試，P溝道設(shè)計(jì)已量產(chǎn)。