【资料分享】运算放大器电压保护电路设计分享

文章讨论了在电路设计中如何使用背靠背二极管进行ESD保护和过压管理。当输入电压超出电源电压范围时,这些二极管能防止器件损坏。同时,介绍了无ESD器件的情况以及如何通过串联电阻限制电流,以保护放大器不受过高电压影响。

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背靠背二极管

当允许输入电压范围超过电源电压时,也可使用背靠背二极管。下图所示的放大器采用背靠背二极管来为器件提供ESD保护,采用3.3 V电源供电时,其允许电压最高达到70 V。D4和D5是高压二极管,用于应对输入引脚上可能存在的高电压;当输入电压在正常工作范围以内时,D1和D2用于防止漏电流。
在这种配置中,不建议使用这些ESD单元来提供过压保护,因为若超过高压二极管的最大反偏电压,很容易造成器件损坏。
图019_背靠背二极管

无ESD箝位

某些器件的前端没有ESD器件。很显然,如果没有ESD二极管,设计人员当然无法将其用于箝位。之所以提到这种架构,是因为在研究过压保护 (OVP) 时,需要注意这种情况。下图所示的器件仅使用大阻值电阻保护放大器。
图020_无ESD箝位

除了解ESD单元如何实现之外,还必须知道如何利用这些结构提供保护。典型应用使用串联电阻来限制额定电压范围内的电流。
当放大器配置为下图所示时,或者输入受连接到电源的二极管保护时,输入电流限值可利用以下公式计算。
图021_输入电流限值

上述公式用到一个假设,即VSTRESS > VSUPPLY。若非如此,应测得更精确的二极管电压并将其用于计算,而不要使用0.7 V的近似值。
下面是一个计算实例,其中放大器采用±15 V电源供电,要防范的输入过压高达±120 V,输入电流限制在1 mA。根据公式,我们可以使用这些输入进行计算:
图022_计算实例

根据上述要求,RPROTECTION > 105 kΩ可将二极管电流限制在 1 mA以下。

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