【世健ADI技术分享】电压/电流采样设计分享,玩转运放比较器-综合电源技术-世纪电源网社区

z443233785

z443233785
离线
LV8
副总工程师

积分：5343
|
主题：117
|
帖子：1003

积分:5343

LV8

副总工程师

2023-7-5 12:10:27

分享人: z443233785
所在行业: 电源
应用领域: PD快充及其它需要转灯功能的地方
应用案例名称1：转灯电路设计分享
应用案例名称2：采样USB-A口电流降功率
ADI电源产品类型：运放放大器
ADI电源产品型号: LT1716

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
最近快充和电池充电经常用到转灯功能，慢充亮红灯，快充亮蓝灯等。
所以准备分享几个转灯电路一起学习，及在设计上遇到的一些问题做一个总结，疏忽错误之处在所难免，还请各位前辈斧正为谢！
本次分享大概分四个部份：
1..转灯电路设计分享，相关参数计算和电路仿真；（已完:2-4楼）2..实物验证测试，相关波形记录；（已完结:7-11楼）
3..采样USB-A口电流降功率，相关参数计算；（已完结:12-15楼）
4..实物验证测试，相关波形记录；（已完结:16楼）
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

应用案例名称1：转灯电路设计分享
首先芯片选择LT1716，工作电压是2.7-44V，对于PD电源来说3.3-21V完全够用，封装SOT23-5
下图是一个电压采样方式转灯电路，接法为同相比较器，反相端接2.5V的参考基准电压，Vout的电压先通过电阻分压后接到正相端

本主题由 System 于 2023-8-7 11:00 解除限时精华

收藏2

		2 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-7-5 13:46:29
		为了方便计算，在图中添加了网络标号：微信截图_20230708220919.png (35.44 KB, 下载次数: 94) 下载附件 2023-7-8 22:10 上传当运放做为比较器使用时，Vo=(U+ - U-) x a 所以当U+小于U-时，Vo=无限接近于0V，U+大于U-时，Vo=无限接近于运放的供电电压，为什么说是无限接近，因为有些运放不是完全的轨到轨，不能完全等于Vcc电压，有VOH和VOL两个电压摆幅点，这两个参数由运放本身决定，下图为LT1716规格书写的参数，其输出摆幅可以和轨到轨完全媲美：微信截图_20230708222501.png (203.23 KB, 下载次数: 99) 下载附件 2023-7-8 22:25 上传典型值VOH为30mV，VOL为20mV，意思是说当输出高电平时Vo=Vcc-30mV，输出低电平时Vo=0+20mV 仿真看一下结果：微信截图_20230708223219.png (25.06 KB, 下载次数: 89) 下载附件 2023-7-8 22:38 上传微信截图_20230708223313.png (26.08 KB, 下载次数: 103) 下载附件 2023-7-8 22:38 上传左图为输出高电平时，Vo电压为12V-30mV=11.97V左右，右图为输出低电平时，Vo电压为0V+20mV=22mV左右，和规格书上的数据大致吻合回复 \| 举报 \|

			9 gaohq gaohq 离线 LV10 总工程师积分：12614 \| 主题：249 \| 帖子：3247 访问空间发消息积分:12614 LV10 总工程师 2023-7-11 00:25:35 倒数8
			比较器没有滞回回复 \| 举报 \|

				10 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-7-14 19:18:59 倒数7
				是的，第一个案例先不加，第二个案例再加回复 \| 举报 \|

		3 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-7-5 13:46:59
		接下来进行参数的一个计算：假设Vcs的电压为5V，先把U+的电压算出来，利用分压定理，串联电路中各电阻上的电流相等，各电阻两端的电压之和等于电路总电压， 2023-07-12_191719.png (549 Bytes, 下载次数: 89) 下载附件 2023-7-12 19:18 上传式子中U等于Vcs，算R2电阻上的压降为: 2023-07-12_191738.png (9.85 KB, 下载次数: 90) 下载附件 2023-7-12 19:18 上传 2023-07-12_193719.png (12.64 KB, 下载次数: 88) 下载附件 2023-7-12 20:03 上传由于U-参考电压为2.5V 此时U+小于U-（同相端小于反相端），1.875V<2.5V，输出为低电平，D2红灯亮 2023-07-13_193200.png (34.46 KB, 下载次数: 92) 下载附件 2023-7-13 19:44 上传如果输出进入9V快充状态，Vcs=9V时，U+的电压为: 2023-07-12_191748.png (1.4 KB, 下载次数: 85) 下载附件 2023-7-12 19:18 上传 2023-07-12_193814.png (12.28 KB, 下载次数: 90) 下载附件 2023-7-12 20:03 上传此时U+大于U-（同相端大于反相端），3.375V>2.5V，输出为高电平，Q1导通拉低D2电位，D2红灯灭，D1蓝灯亮 2023-07-13_193124.png (34.61 KB, 下载次数: 89) 下载附件 2023-7-13 19:44 上传回复 \| 举报 \|

		4 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-7-5 13:49:09
		逻辑上没有问题之后开始画原理图和PCB Layout，先参照规格书的脚位把转灯部分的原理图画出来： 2023-07-13_201105.png (53.99 KB, 下载次数: 91) 下载附件 2023-7-14 19:17 上传 2023-07-13_195100.png (67.24 KB, 下载次数: 92) 下载附件 2023-7-13 19:51 上传通过计算得出，输出电压的转灯临界点为6.6V 回复 \| 举报 \|

		5 x230000 x230000 在线 LV3 助理工程师积分：274 \| 主题：0 \| 帖子：26 访问空间发消息积分:274 LV3 助理工程师 2023-7-6 12:40:50
		转灯是个简单的功能，最好是低成本的实现。大多情况下，可以比这个电路简洁。回复 \| 举报 \|

			6 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-7-6 23:21:46
			在电压转灯的情况下，431和三极管，甚至运放都可以省略的，当然也有很多弊端，比如批量生产的一致性回复 \| 举报 \|

		7 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-7-6 23:27:33 倒数10
		PCB已经画好了由于资料不可外传,只截图转灯电路部分,前端是AC-DC结构,输出单C口 2023-08-07_190631.png (59.92 KB, 下载次数: 80) 下载附件 2023-8-7 19:10 上传 2023-08-07_190726.png (55.96 KB, 下载次数: 84) 下载附件 2023-8-7 19:10 上传 2023-08-07_194501.png (123.16 KB, 下载次数: 83) 下载附件 2023-8-7 19:47 上传回复 \| 举报 \|

		8 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-7-8 22:50:48 倒数9
		为方便有需要的朋友,附件是仿真的源文件,供参考 21-led-REV1.0.rar (776 Bytes, 下载次数: 13) 2023-8-7 19:15 上传点击文件名下载附件下载积分: 财富 -2 回复 \| 举报 \|

		11 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-9-4 20:27:51 倒数6
		pcb回来已经调试完成，实现了绿灯和蓝灯切换功能，因手上的是绿蓝双色灯，蓝灯对应原理图的红灯 2023-09-04_200746.png (167.45 KB, 下载次数: 76) 下载附件 2023-9-4 20:18 上传 2023-09-04_200807.png (82.33 KB, 下载次数: 76) 下载附件 2023-9-4 20:18 上传 2023-09-04_200824.png (84.56 KB, 下载次数: 86) 下载附件 2023-9-4 20:18 上传先上传波形，上电默认5V，U+小于U-（同相端小于反相端），输出为低电平，如下波形绿色为LT1716的1脚电压，紫色为输出电压 tek00007.png (21.33 KB, 下载次数: 84) 下载附件 2023-9-4 20:20 上传调整输出电压，当电压达到6.3V时，U+大于U-（同相端大于反相端），输出为高电平，绿色为LT1716的1脚电压，紫色为输出电压 tek00008.png (22.08 KB, 下载次数: 80) 下载附件 2023-9-4 20:20 上传调整输出电压的上升和下降，LT1716的1脚电压输出高电平和低电平来回翻转，绿色为LT1716的1脚电压，紫色为输出电压 tek00009.png (23.23 KB, 下载次数: 83) 下载附件 2023-9-4 20:20 上传回复 \| 举报 \|

		12 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-9-19 20:05:36 倒数5
		应用案例名称2：采样USB-A口电流降功率分享一个电流采样方式的一个案例如下原理图，红色方框为本次实验研究的主角，该案列为双口输出的一个PD快充电源，加入LT1716实现A口有设备接入充电时，C口进行降功率，常用于多口充电器的电流检测。该方案总功率为35W，C口35W，A口10W，当两个口同时使用时，C口变成25W，A口还是10W，这里就需要用到一个电流采样方式： 2023-09-19_193533.png (163.39 KB, 下载次数: 75) 下载附件 2023-9-19 19:39 上传 U5为基准稳压器，提供一个精度较高的1.25V电压，经过R30和R31进行分压产生一个14mV参考电压 R34为迟滞电阻（热心的9楼有提到过）回复 \| 举报 \|

			13 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-9-19 20:06:27 倒数4
			参考电压U+的计算：本人比较笨，所以使用非常笨的方式来算：便于理解，先看流入该支路的总电流， 2023-09-19_201822.png (1.09 KB, 下载次数: 80) 下载附件 2023-9-19 20:23 上传再看总电流在下拉电阻上产生的压降， 2023-09-19_201834.png (848 Bytes, 下载次数: 77) 下载附件 2023-9-19 20:23 上传结果为14mV 水平高一点的使用该公式可以这样： 2023-09-19_201850.png (1.46 KB, 下载次数: 75) 下载附件 2023-9-19 20:23 上传结果为14mV 再高级一点的可以不需要公式，直接跳过得结果注：以上是忽略R34迟滞电阻的计算结果回复 \| 举报 \|

				14 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-9-19 20:22:20 倒数3
				由于第一个案例比较器有个缺陷，在比较门限附近时容易出现干扰信号，导致精度差，所以加入R34引入正反馈深入研究一下：当输出低电平时，R34等效接地，相当于R34和R31并联拉低参考电平形成下门限U-TL，当输出高电平时，R34接入高电平抬高了原有的参考电平，并形成上门限U-TH，构成了一个滞回比较器消除干扰信号，如下图原理图和波形图 2023-09-22_201423.png (48.97 KB, 下载次数: 79) 下载附件 2023-9-22 20:18 上传 V_CS：比较器输入信号，（检测采样到的电压信号） U_TH：上门限 U_TL：下门限 V_OL：输出低电平，注：电平的值不是很精确 V_OH：输出高电平，注：电平的值不是很精确 2023-09-22_201743.png (58.22 KB, 下载次数: 81) 下载附件 2023-9-22 20:21 上传状态分析： V_CS+ 大于 U_TH 时，A-EN为低电平 V_CS+ 小于 U_TL 时，A-EN为高电平 U_TL小于 V_CS+ 小于U_TH 时，A-EN维持历史状态不变上门限和下门限的估算： 2023-09-22_202057.png (10.29 KB, 下载次数: 81) 下载附件 2023-9-22 20:24 上传 2023-09-22_202108.png (10.24 KB, 下载次数: 74) 下载附件 2023-9-22 20:24 上传看芯片手册，有上下门限范围， 2023-09-22_192837.png (199.77 KB, 下载次数: 80) 下载附件 2023-9-22 20:27 上传下门限为0-75mV 上门限为Vdd+130mV，将这个代入公式： 2023-09-22_202811.png (2.45 KB, 下载次数: 83) 下载附件 2023-9-22 20:32 上传得出上门限为18.47mV 2023-09-22_202831.png (2.23 KB, 下载次数: 80) 下载附件 2023-9-22 20:32 上传得出下门限为14.42mV 回复 \| 举报 \|

					15 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师 2023-9-22 20:36:24 倒数2
					PCB画完已打样回来，附图，体积做的非常小，用的是双面锡膏工艺 2023-09-26_102623.png (176.91 KB, 下载次数: 71) 下载附件 2023-9-26 10:37 上传 2023-09-26_102648.png (214.64 KB, 下载次数: 76) 下载附件 2023-9-26 10:37 上传回复 \| 举报 \|

						16 z443233785 z443233785 离线 LV8 副总工程师积分：5343 \| 主题：117 \| 帖子：1003 访问空间发消息积分:5343 LV8 副总工程师最新回复 2023-9-27 20:16:31 倒数1
						板子已经贴好，同时MCU的软件也写好了，准备先上电测试为了方便调试，把A口的座子直接引线出来，因为A口旁边有很多贴片元件不好更换，同时也把LT1716的输出端也引了根线出来，方便挂波形 2023-09-27_193944.png (274.5 KB, 下载次数: 79) 下载附件 2023-9-27 19:48 上传参照12楼的参数，和14楼的计算结果，确认无误后直接上电了上电后功能正常，C口的PDO为35W，A口为5V空载 2023-09-27_194119.png (194.41 KB, 下载次数: 80) 下载附件 2023-9-27 19:50 上传 A口从0A负载上升到0.339A时，C口开始降功率了，PDO为25W 14楼算的上门限为18.47mV，电路上用的限流电阻为50mR，上门限电流阈值为18.47mV/50mR=0.3694A，和实际测试结果相差不大 2023-09-27_194200.png (172.65 KB, 下载次数: 79) 下载附件 2023-9-27 19:50 上传 LT1716的输出端的波形图： 2023-09-27_200710.png (35.99 KB, 下载次数: 80) 下载附件 2023-9-27 20:12 上传实际测试下门限值为0.254A，理论计算是14.42mV/50mR=0.2884A 上下门限范围为100mA，有效避免了干扰带来的误动作，可通过调整R34的大小来改变这个门限范围通过以上两个案例，掌握了基本的工作原理和相关的参数计算，并实现了所要求的功能，感兴趣的朋友可以动手研究一下回复 \| 举报 \|