Защита на аналогови входни стъпала (АFE) от пренапрежения с помощта на OTT операционни усилватели

Вероятността от възникване на пренапрежения е постоянен проблем в индустриалните приложения. Намирането на начини за преодоляване на тази опасност винаги е било и ще продължи да бъде важна задача за развойните инженери. Това кратко ръководство, изготвено от Хакан Уенлуе, старши приложен инженер в Analog Devices, илюстрира как разработчиците могат да осигурят защита от пренапрежения, използвайки патентованите Over-The-Top (OTT) операционни усилватели на Analog Devices.

В индустриалните приложения понякога възникват напрежения, които са по-високи от захранването на системата. Въпреки че потенциалите тук не са толкова високи, колкото например в автомобилната електроника, те често могат да бъдат по-високи от обичайните системни напрежения. Някои системни напрежения също могат да се окажат твърде високи за редица операционни усилватели. 

Това представлява огромно предизвикателство за аналоговите входни стъпала (AFE). По-високите напрежения могат например да създадат проводимост във вътрешните входни диоди на типичния усилвател. Колкото по-дълго е налице това състояние, толкова по-вероятно е да възникне неизправност или дори повреда. Разработчиците могат да предприемат съответните превантивни мерки, използвайки външни защитни вериги с външни диоди или резистори. Тези допълнителни компоненти обаче се нуждаят от място на платката и имат недостатъци като токови утечки, допълнителен ел. капацитет и шум. Поради тази причина интегрирано ИС решение с Over-The-Top технология е най-добрият избор.

Как работи Over-The-Top?

За опростено обяснение може да се разгледа вътрешната схема на ADA4098-1 или ADA4099-1 от последно поколение. Всеки от тези OTT операционни усилватели разполага с две входни стъпала. Първото е диференциално стъпало с общ емитер, състоящо се от PNP транзистори, които са за входни сигнали между отрицателното захранване (–VS) и до приблизително 1,25 V по-малко от положителното захранване (+VS). Второто е входно усилвателно стъпало с обща база, състоящо се от допълнителни PNP транзистори, които са за входни сигнали, чието синфазно напрежение +VS – 1,25 V или по-високо.

Тези входни стъпала създават два различни, но допълващи се работни диапазона. Напреженията на несиметрия на двете входни стъпала са строго ограничени и посочени в техническите спецификации. Когато синфазното напрежение на входовете се доближи до +VS, второто стъпало се активира и операционният усилвател преминава в Over-The-Top режим. Това може да бъде случай на пренапрежение в различни приложения. Например, при измерване на ток откъм страната с по-висок захранващ потенциал напреженията могат, макар и временно,  да надвишат захранващия потенциал на системата поради паразитни или свързани с товара ефекти. 

Типичните усилватели позволяват напрежения на сигнала до диапазона на захранващото напрежение. Ако входните стойности надхвърлят значително този диапазон, вътрешните диоди обикновено се отпушват и през тях протича значителен ток. В зависимост от напрежението и тока на сигнала тези отскоци могат да прекъснат работата на усилвателя или дори, в най-лошия случай, да повредят интегралната схема.

За разлика от типичните операционни усилватели, които страдат от подобни проблеми, OTT усилвателите издържат диференциални входни напрежения до 80 V. В това състояние изходното ниво е наситено до положителното захранващо напрежение (+VS). Изходите запазват способността си в това състояние да доставят ток в рамките на спецификацията. След като входовете се върнат в нормалния работен диапазон (–VS до +VS), изходното ниво също ще се върне към обичайния линеен диапазон без никакво увреждане или влошаване на точността по постоянен ток. Подобен е случаят и при синфазни напрежения до 70 V.

Благодарение на интелигентното си и прецизно схемно решение, Over-The-Top усилвателите осигуряват едновременно надеждност, устойчивост и точност. OTT усилвателите от пето поколение на Analog Devices осигуряват висококачествена и лабораторно изпитана защита от пренапрежения за вашите развойни проекти. OTT операционните усилватели като ADA4098-1 и ADA4099-1 осигуряват по-високи толеранси между захранващите напрежиения, като същевременно постигат по-малка грешка в напрежение на несиметрия и по-ниски нива на шум.

За контакт:
Мартин Цветков, Account Manager
M: +359 88 787 0757
E: Martin.Tsvetkov@arrow.com
Arrow Electronics     |     arrow.com

Ключови думи: Arrow Electronics   Analog Devices   Over-The-Top усилватели   OTT усилватели   операционни усилватели   ADA4098-1   ADA4099-1  

Област: Електроника