使用高壓放大器簡化您的BOM

2020-12-14 電子發燒友

使用高壓放大器簡化您的BOM

德州儀器 發表於 2020-03-30 14:29:01

由於運算放大器（運放）規格不同，工程師們經常需要選擇多個運放以滿足其電路板上每個子系統的需求。這會使從採購到生產的工作更加複雜。

但是，可以選擇一個運放來滿足您的系統需求，這將有助於優化定價和降低設計總成本。讓我們來看一看一個單運放如何處理三個常見的功能：電流感測、溫度感測和比較器操作。

電流感測

低側電流感測可以通過測量負載和接地之間分流電阻上的壓降來實現，如圖1所示。通常在這類應用中看到低壓（5V）放大器。然而，僅僅因為放大器的最大電源電壓為36V或40V並不意味著它只能用於高壓電源。

圖1：單電源低側單向電流感測電路

高電壓、多用途放大器

低側電流感應通常也需要高壓擺率的運放以應對一些系統故障情況。對OPA2990和OPA2191的功耗水平來說，兩者的壓擺率可以說很高：OPA2990靜態電流120 μA，壓擺率為4.5 V/µs，OPA2191靜態電流為140 μA，壓擺率為5.5 V/µs。

由於這兩顆運放都可以在36V和40V下工作，因此也非常適合高側電流感測功能。與低側電流感測相比，高側電流感測的一個主要優勢是能夠檢測出短路。高側電流感測在電源和負載之間的分流電阻上使用差分放大器拓撲結構，如圖2所示。

圖2：高側電流感測電路

在設計高側電流感測電路時，必須考慮運放的共模電壓。共模電壓由圖2中的母線電壓和由電阻R2和R3形成的電阻分壓器來設置。由於共模電壓通常等於母線電壓，因此擁有軌到軌輸入輸出的放大器最適合此功能。OPA2990和OPA2191均具有軌到軌共模輸入範圍，並且在36V（OPA2191）和40V（OPA2990）電源供電範圍內都支持軌到軌輸出。

溫度感測

在許多應用中，溫度感測對於控制環境狀態或確保安全的工作條件至關重要。測量溫度的系統需要通過縮放和放大傳感器輸出來獲得大小合適的信號輸入到ADC，從而確保精確的測量。圖3顯示了如何配置運放來檢測正溫度係數（PTC）熱敏電阻的電阻輸出，並將該信號放大到ADC。

Figure 3： Temperature sensing with PTC circuit

圖3：帶PTC電路的溫度感測

OPA2990和OPA2191可在-40°C至125°C的溫度範圍內工作，這對於環境溫度預計發生顯著變化的溫度感測功能非常有用。此溫度範圍也強調了低溫漂運放的重要性。對於通用應用，OPA2990的失調溫漂為0.5 μV/°C；對於需要向ADC發送極其精確信號的系統，OPA2191的溫漂為0.15 μV/°C。

運放實現比較器功能

對於具有多路復用器友好型輸入的放大器，它的設計旨在使其能夠很好地與多路復用器的大電壓瞬變特性相連接。這些放大器的內部輸入結構不使用背對背二極體進行靜電放電保護，如圖4a所示。相反，這些多路復用器友好型輸入的設計使得運放的輸入差分電壓範圍可以擴展到全電源電壓範圍，這使得OPA2990和OPA2191在閉環和開環比較器類似的拓撲結構中非常實用。

圖4：OPA2990輸入保護不限制差分輸入能力（a）

常規輸入保護限制差分輸入能力（b）

為您選擇合適的放大器

TI的全新高電壓放大器減少了各種運放的數量，簡化了材料清單，只需選擇一顆運放就能滿足您的系統要求。OPA2990和OPA2191為需要多運放功能的系統提供了非常靈活的選擇。它們可以與多種其他晶片產品搭配，包括多路復用器、傳感器和ADC。

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