發布日期 : 2023年9月19日 / 最近更新 : 2023年9月22日

什麼是OR連接

使用了2個以上電源的多個輸入來源的機器,需要對應狀態轉換輸入來源。
作為最簡單的轉換輸入源的方法是二極體OR連接。
當二極體OR連接中連接了多個輸入源時,從電壓最高的輸入源提供輸出功率,由二極體自動地選擇輸入源。

二極體OR連接事例

課題和目的

二極體OR連接價格不高,簡單,可應用於多種電路。 二極體OR連接中使用了二極體,所以也存在一些缺點。

  1. 二極體正向電壓VF產生的損耗大和發熱過高,電池驅動時間短。
  2. 由於正向電壓VF的電壓下降,使得輸出電壓降低、變動增加,是造成系統錯誤運作的原因。
  3. 二極體漏電流大,有可能為二極體陽極帶來惡劣影響。 在二極體陽極有一次電池,可以列舉出在一次電池端流動電流的狀態。

由於有這些缺點,對於希望延長電池驅動時間的備援用途、提供穩定輸出電壓的用途,需要採用由二極體OR連接、解除缺點的方法。

實作方法

對應二極體OR連接,只要把二極體置換為理想二極體IC,即可完全解消極二極體OR連接的缺點。
由於這種方法與二極體OR連接同樣,在能簡單地構成電路的同時,還能解消極二極體的缺點,在許多情況下成為最佳的OR連接解決方案。
此外,在理想二極體IC中搭載了保護功能,可以更簡單地設計安全的設備。

使用了理想二極體IC的OR連接事例

優點

  • VF為非常小的20mV和低漏電流,帶來了低損耗
  • VF小使得輸出電壓變動小,有益於系統穩定地動作
  • 不需要轉換電源的控制電路,有利於簡單設計
  • 內建了各種保護功能
  • 不需要控制電路,小型封裝

缺點

  • 最大輸出電流及輸出電壓有限制

動作概要

在此設想了實際上把AC/DC適配器等5V外部電源與二次電池的OR連接;以及使用了分立二極管的OR連接與使用了理想二極管IC的OR連接,進行了在特性上有多大程度差異 的實驗。

實驗1-1 : 轉換電源

外拔出插入外部電源,以圖1、2的電路確認了是否能圓滑地轉換系統電壓和電池電壓。

使用了理想二極體的OR連接電路

使用了SBD的OR連接電路

可以確認,各個OR連接電路都要求OR連接電路,都能圓滑地轉換電壓。

・當5V外部電源(VIN)高於蓄電池電壓(VBAT)時,Vout將轉換為外部電源
・當喪失了5V外部電源(VIN)低於蓄電池電壓(VBAT)時,Vout將轉換為蓄電池電壓

使用了理想二極體IC的OR連接電路中,由於外部電源的上升和下降速度及理想二極體IC的響應性能不同,在轉換時,有產生系統電壓變動的狀態。 在這種狀態下,需要用增加輸出容量等來抑制輸出電壓的變動。

使用了XC8110的電源轉換結果
使用了SBD的電源轉換結果

實驗1-2 : 正向電壓

從實驗1-1的結果可以看到,理想二極體IC的輸入電壓和輸出電壓大致相同,幾乎沒有電壓下降。 下圖是實際的正向電壓與輸出電流關係的圖表。
從這個特性可以得出,由於二極體部分的損耗小、且電壓下降少,可以輸出穩定的電壓。

正向電壓-輸出電流

実實驗1-3 : 漏電流

理想二極體IC中幾乎不流動漏電流(通常的二極體中,從陰極極流動到陽極的電流)。 用以下的電路進行了實際的測試。
根據這些特性,在能消減由漏電流帶來的損耗的同時,還能防止向電池的回流。

結果如下圖所示。

結論

在此介紹了透過使用理想二極體,可以輕鬆地構成高性能的OR連接電路。
透過應用這種電路,有能更進一步實現低消耗電流及大電流的產品。