運放做自動OR操作的電源選擇器

一般來說，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)。這個壓降會消耗功率，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?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/運放">運放，以及少量無源元件。本例描述了對正直流電源軌的電壓OR應(yīng)用。P溝道MOSFET設(shè)計適合于工作在3.3V或更高電壓的小功率單電源系統(tǒng)，而N溝道MOSFET則適用于較低總線電壓或較大電流，以及有合適運放偏置電壓的情況。

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

　　首要的設(shè)計任務(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載電流時的I×R壓降也足夠低，才能達到設(shè)計目標。當5A電流流過一只0.01Ω的MOSFET時，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。

　　第二個設(shè)計任務(wù)是選擇一款運放。這個運放必須能工作在所有電壓下，為MOSFET提供充分的柵極驅(qū)動電壓。P溝道設(shè)計要求采用一種軌至軌的型號。對N溝道設(shè)計來說，單電源運放是合適的。要考慮的另外一個重要問題是運放的輸入失調(diào)電壓VOS,總±VOS窗口必須小于MOSFET上要求的最大壓降。例如，如果允許滿載時有10mV正向壓降，則運放的失調(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)。這個偏置必須超過運放的最大失調(diào)電壓，以確保在施加反向電壓時，量產(chǎn)時用的所有運放器件都能正常地關(guān)斷MOSFET.在P溝道的5V設(shè)計實例中，R1與R2將運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，運放用于導(dǎo)通MOSFET,將其它運放的輸入保持在相同電壓下，使之在運放失調(diào)電壓的容限內(nèi)。采用0V失調(diào)的完美運放時，輕載電流只能使MOSFET部分增強，因此電路產(chǎn)生一個5mV的MOSFET正整流器壓降。這點輕微效果只是R1與R2輸入偏置的唯一缺點。如果MOSFET電阻過高，不能在滿載時保持5mV,則當MOSFET的輸出擺至電源軌時，運放可全增強MOSFET,OR電路為MOSFET提供了全增強的導(dǎo)通電阻。

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