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      【收藏】使用自供電運算放大器創建低泄漏整流器-KIA MOS管

      信息來源:本站 日期:2022-04-02 

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      【收藏】使用自供電運算放大器創建低泄漏整流器-KIA MOS管


      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。電路的靜態電流低于大多數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。


      運放 整流器


      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。

      將這些式子結合起來,可得到MOSFET柵極驅動電壓是漏源電壓的函數:

      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。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肖特基二極管。BSH205在0.8V的柵源電壓下,支持毫安級的電流。

      運放 整流器

      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,FET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。由于在低于閾值的范圍內,柵源電壓對漏源電流有指數關系,放大器會快速關斷。限制因素是放大器1.5V/ms 的轉換速率。只要電路負載不要太重,致使MOSFET進入其線性區間,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)。根據光線的強弱,BPW34電池芯可發電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。


      運放 整流器


      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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