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作者：Analog Devices公司Bob Zwicker 很多系統都必須在兩個或以上低壓直流輸入電源之間做選擇，例如有一個外接電源、一個USB(通用串行總線)端口，或一個板載電池。用手動開關當然可以實現這種選擇，但最好還是自動的切換方法。一般來說，人們都希望系統供電電源是可用性最高的輸入電壓。用一種肖特基二極管的OR方法就可以完成這個任務(圖1)。糟糕的是，肖特基二極管的正向壓降在300mV~600mV范圍內。這個壓降會消耗功率，產生熱量，降低系統可用的電壓。 
高效率的電壓OR操作只需要一只P溝道或N溝道MOSFET、一只適當的運放，以及少量無源元件。本例描述了對正直流電源軌的電壓OR應用。P溝道MOSFET設計適合于工作在3.3V或更高電壓的小功率單電源系統，而N溝道MOSFET則適用于較低總線電壓或較大電流，以及有合適運放偏置電壓的情況。 在N溝道FET設計中，MOSFET漏極流出正電流。在P溝道設計中，電流則來自MOSFET源極。如果采用常見的電流方向(作切換或放大)，則MOSFET漏極的體二極管會破壞整流工作。 首要的設計任務是選擇一款合適的MOSFET。MOSFET的最差情況導通電阻必須足夠低，使滿載電流時的I×R壓降也足夠低，才能達到設計目標。當5A電流流過一只0.01Ω的MOSFET時，產生50mV的正向壓降。一定要考慮到由于R×I2及溫升所產生的功耗。 第二個設計任務是選擇一款運放。這個運放必須能工作在所有電壓下，為MOSFET提供充分的柵極驅動電壓。P溝道設計要求采用一種軌至軌的型號。對N溝道設計來說，單電源運放是合適的。要考慮的另外一個重要問題是運放的輸入失調電壓VOS，總±VOS窗口必須小于MOSFET上要求的最大壓降。例如，如果允許滿載時有10mV正向壓降，則運放的失調電壓應不差于±5 mV。
R1/R2、R11/R12和R21/R22構成輸入電壓分壓器，用于將運放輸入偏置在略低于所控制輸入電壓的水平上(圖2與圖3)。這個偏置必須超過運放的最大失調電壓，以確保在施加反向電壓時，量產時用的所有運放器件都能正常地關斷MOSFET。在P溝道的5V設計實例中，R1與R2將運放反相輸入端偏置在輸入電壓的99.9%(即4.995V)直流處。在穩態工作時，運放用于導通MOSFET，將其它運放的輸入保持在相同電壓下，使之在運放失調電壓的容限內。采用0V失調的完美運放時，輕載電流只能使MOSFET部分增強，因此電路產生一個5mV的MOSFET正整流器壓降。這點輕微效果只是R1與R2輸入偏置的唯一缺點。如果MOSFET電阻過高，不能在滿載時保持5mV，則當MOSFET的輸出擺至電源軌時，運放可全增強MOSFET，OR電路為MOSFET提供了全增強的導通電阻。 可以將MOSFET可變的導通電阻看做用于運放檢測電流的元件。當你施加反向電壓時，MOSFET去增強，I×R壓降增加，運放的輸出最終停在相應的電源軌，盡力地驅動MOSFET。 在輕載情況以及給定失調電壓時，運放嘗試使自己電源輸出檢測的輸入端電壓，達到其電源輸入檢測的輸入端電壓與失調電壓之和。開路時，運放沒有有意的外在失調。如果運放的失調電壓是相反的方向，則當輸入電源總線降低到某個低于輸出電壓總線的電位時，會出現一個相當大的反向截止電流。
圖4顯示了工作區的電流-電壓測試數據。完整的設計(包括有意的失調)產生綠色曲線。等效的相反內部失調與非有意的外在失調則產生藍色曲線。雖然綠色曲線在輕載時犧牲了一些正向壓降，但其正向電壓始終小于滿載的最大值。有意失調避免在MOSFET中出現大的反向電流。本設計能夠以0A電流過渡切換，此時泄漏電流MOSFET的漏極體二極管可能是主要的。 另一方面，無有意失調的藍色曲線則允許在某些情況下出現大的反向電流。本例顯示，在電腦關斷MOSFET前，MOSFET上的2mV反向電壓產生了大約100mA的反向電流。P溝道和N溝道設計都已經過測試，P溝道設計已量產。 |
