情形4:有输入且电源/输出有负载
在实际应用中,运算放大器电路可能要与其他电路一起工作。例如, 运算放大器的输出可能会驱动一个负载,或者运算放大器的电源 会为其他电路供电。这会引起问题。
在该测试中,一个47 Ω电阻连接在输出与GND之间,或连接在未上 电的电源引脚与GND之间。图7显示了ADA4077的测试结果。三种可 能情况会带来风险(假定V+未上电):
情况1:当输入为10 V且OUT负载为47 Ω时,输出为1.373 V。有23 mA电流从运算放大器的输出引脚流出(参见图6),电流路径为:
输入信号源提供30.2 mA电流
24 mA电流流经D1至V+,6.2 mA电流流经D5和反馈路径至OUT
来自V+的24 mA电流分为1 mA(至V–)和23 mA(至OUT)
29.2 mA电流流经47 Ω负载至GND
ADA4077-2允许的输入电流最大为10mA,所以需要限流。在+IN端 增加一个1 kΩ电阻,可使输入电流降至6.8 mA。
情况2:当输入为10 V且V+负载为47 Ω时,170 mA电流会流入 ADA4077-2,并从V+引脚流出到47 Ω电源负载。170 mA电流会烧 毁内部二极管,损坏芯片。在+IN端增加一个1 kΩ阻,可使输入 电流降至8.9 mA。图7显示了电流流动路径。
表7.ADA4077的输出引脚或无电源的电源引脚上有负载
图6. V+未上电时ADA4077的电流路径(10 V输入和47 Ω输出负载)
图7. V+未上电时ADA4077的电流路径(10 V输入和47 Ω电源负载)
情况3:当输入为负(-10 V)且OUT负载为47 Ω时(参见图8),有48 mA电流流经芯片。由此产生的功耗为48 mA × (–2.5 V + 15 V) = 0.6 W。ADA4077-2的θJA为158°C/W,因此结温比环境温度高出 94.8°。若有两个通道或负载更重,结温可能高于150°,致使芯片 受损。
不应在输入端增加限流电阻,而应在输出端增加限流电阻。
当V+上电而V–未上电时,会发生同样的现象。通过增加外部电 阻来限制电流,电路鲁棒性可以变得更好。对于ADA4177-2,仅情况3适用。当有很大的负输入,同时输出端有 很重的负载,且V+未上电时,有53 mA电流流经芯片,功耗可能会 增加,结温随之提高(参见图9)。通过在输出端增加一个1 kΩ电阻, 可以避免这种风险。
在这两款运算放大器中,ADA4177-2比ADA4077-2更鲁棒。在同时要 求高精度和鲁棒性的应用中,前者是不错的选择。
其他运算放大器在不同上电时序下的表现
在运算放大器内部,二极管、电阻和OVP单元有各种各样的实施方式。 有些运算放大器没有内部OVP单元,有些没有背靠背二极管,有些没 有内部限流电阻。如果一个电源未上电,放大器不同的内部结构会产 生不同的结果。此外,不同的运算放大器设计也会产生不同的结果。
例如,ADA4084-2没有内部限流电阻和OVP单元,其ESD二极管连接 到电源和背靠背二极管。表9和图10显示了V+未上电且有10 V输入 时的结果。ADA4084的电流路径与ADA4077-2和ADA4177-2相似(上 文中的情形3已讨论)。然而,ADA4084没有内部电阻或OVP单元来 限制电流,60 mA电流会流入芯片,可能引起损害。
图8. V+未上电时ADA4077的电流路径(-10 V输入和47 Ω输出负载)
图9. V+未上电时ADA4177的电流路径(-10 V输入和47 Ω输出负载)
图10. V+未上电时ADA4084的电流路径(10 V输入)
表8. ADA4177的输出引脚或无电源的电源引脚上有负载表9
在系统应用中,不同的运算放大器、不同的拓扑结构(如同相放大、反相放大、差动放大等)、不同的负载和外部连接都可能存在。如果存在有某个电源未上电的情况,需要对风险进行评估。本文介绍了如何搭建评估风险的电路(图2)、如何分析电流路径以及评估潜在的风险。
总结
为了避免过压或闩锁情况,必须同时建立运算放大器电源。一般指南如下:f 上电时,先接通电源,再在输入端施加信号f 关断时,先关闭输入信号,再关闭电源在实际应用中,可能难以遵守这些指导原则。这可能会引起问题,尤其是当有输入信号时,设计人员需要适当评估风险。一种有效的解决方案是限制运算放大器的输入电流,使它在数据手册给出的规格以内。在无法同时上电的应用中,输入端和输出端增加限流电阻会有帮助。
我们在电源未上电的应用中测试了三款ADI运算放大器(ADA4084-2、ADA4077-2和ADA4177-2)。集成内部电阻的ADA4077-2表现不错。集成OVP电路的ADA4177的鲁棒性最好。在某个电源在某个时间段可能未上电且无法增加外部限流电阻的应用中,推荐使用ADA4177以避免精度性能下降。 来源:网络,如侵删