【收藏】使用自供電運算放大器創(chuàng)建低泄漏整流器-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2022-04-02
用一只精心挑選的運放、一個低閾值的P溝道MOSFET,以及兩只反饋電阻,就可以做出一個正向壓降小于二極管的整流電路(圖1)。
整流后的輸出電壓為有源電路供電,因此不需要額外的電源。電路的靜態(tài)電流低于大多數(shù)肖特基二極管的反向泄漏電流。本電路可在壓降低至0.8V時提供有源整流。在更低電壓下,MOSFET的體二極管變成為一個普通二極管。
圖1,電路模擬了一個整流器,但其正向壓降只有40mV或更低。電路的反向泄漏小于肖特基二極管。
當輸入與輸出電壓之間有正電壓時,運放電路使MOSFET導通,如下式:
VGATE=VOUT-(R2/R1)(VIN-VOUT),
其中,VGATE是MOSFET的柵極驅(qū)動電壓,VIN為輸入電壓,VOUT為輸出電壓。
輸入與輸出電壓可以轉(zhuǎn)換為MOSFET的漏源電壓和柵源電壓,如下式:
VDS=VIN-VOUT,且VGS=VGATE-VOUT,
其中,VDS為漏源電壓,VGS為柵源電壓。
將這些式子結(jié)合起來,可得到MOSFET柵極驅(qū)動電壓是漏源電壓的函數(shù):
VGS=-(R2/R1)VDS,
如果使R2為R1的12倍,則MOSFET漏源電壓上的一個40mV壓降就足夠以小的漏極電流使MOSFET導通(圖2)。
選擇更高的比率可以進一步減小壓降,使之處于運放的6mV最差輸入偏移電壓極限范圍內(nèi)。運放由輸出儲能電容C1供電。放大器有軌至軌的輸入和輸出,當在接近電源軌處工作時沒有相位逆轉(zhuǎn)問題。
放大器的工作電壓低至0.8V.運放的非反相端直接連接到VDD軌,放大器的輸出連接到MOSFET的柵極。電路在100Hz正弦波的有源整流時,耗電略高于1μA,泄漏電流小于大多數(shù)肖特基二極管。BSH205在0.8V的柵源電壓下,支持毫安級的電流。
圖2,正弦波輸入(黃色)下的電路輸出(綠色),表明只有當輸入-輸出壓差小于40mV時,F(xiàn)ET的柵極電壓(藍色)才下降。
運放帶寬限制了電路用于較低頻率的信號。在帶寬大于500Hz時,放大器的增益開始下降。隨著信號頻率的升高,MOSFET一直保持關(guān)斷,而MOSFET的體二極管代替完成整流功能??焖傧陆禃r間的輸入有可能從MOSFET拉出反向電流。
不過對于小電流,MOSFET都工作在低于閾值的范圍內(nèi)。由于在低于閾值的范圍內(nèi),柵源電壓對漏源電流有指數(shù)關(guān)系,放大器會快速關(guān)斷。限制因素是放大器1.5V/ms 的轉(zhuǎn)換速率。只要電路負載不要太重,致使MOSFET進入其線性區(qū)間,則反向電流就不會超過正向電流。
本電路可以用于微功率的太陽能應用(圖3)。根據(jù)光線的強弱,BPW34電池芯可發(fā)電0.8V~1.5V的10μA~30μA.有源二極管電路可在光線快速變化的情況下,對獲取的峰值電壓做整流,而對電池芯的反向泄漏最低。
圖3,這個有源整流電路可以用于太陽能電池給電容的充電。整流器的壓降小,當沒有光照時能保護電池芯不受反向電流沖擊。
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