Secuencia de potencia incorrecta en los amplificadores operacionales: Análisis de riesgos

Introducción

En los sistemas con varias tensiones de alimentación, las fuentes de alimentación de los amplificadores operacionales
en los sistemas con múltiples tensiones de alimentación, las fuentes de alimentación de los amplificadores operacionales deben establecerse al mismo tiempo o antes de aplicar las señales de entrada
se aplican las señales de entrada. Si no es así, las condiciones de sobretensión y latch-up
pueden producirse condiciones.

Sin embargo, este requisito puede ser a veces difícil de cumplir en las aplicaciones del mundo real
aplicaciones en el mundo real. Este artículo examina la actividad de los amplificadores operacionales en diferentes potencias
este artículo examina la actividad de los amplificadores operacionales en diferentes situaciones de secuencia de potencia (ver Tabla 2), analiza los posibles problemas y presenta algunas sugerencias
este artículo examina la actividad de los amplificadores operacionales en diferentes situaciones de secuencia de potencia (ver Tabla 2), analiza los posibles problemas y presenta algunas sugerencias.

Los problemas de secuencia de energía pueden variar

Hay una serie de escenarios diferentes en los que los problemas de secuencia de energía
puede ocurrir. Por ejemplo, en una aplicación cliente, un AD8616 puede
configurado como un buffer, la entrada está a 0V antes de que se establezcan las fuentes de alimentación (Figura 1), y la fuente de alimentación es
establecido (Figura 1), y la alimentación negativa se enciende antes que la positiva
suministro positivo (el suministro negativo está presente y el suministro positivo está ausente).

Figura 1: Circuito de prueba del AD8616 con -3 V- aplicado y V+ ausente.

La tabla 1 muestra los resultados de todos los pines del AD8616 en estas condiciones. Antes de V+
se aplica, la tensión en la patilla V+ y en las patillas OUT es negativa. Esto puede
dañar el op-amp, pero si estas señales se conectan a terminales de otros chips que
en otros chips que no hayan sido alimentados completamente (por ejemplo, suponiendo que el ADC utilice la misma V
el ADC utiliza el mismo V+, y su pin de alimentación normalmente sólo tolera
-0,3 V de tensión mínima), los chips pueden resultar dañados. Un problema similar
se producirá si V+ se enciende antes que V-.

Tabla 1. Tensión de los pines del AD8616 con -3 V- aplicado y V+ ausente
Pin1:
OUTA
Pin2 :
-INA
Pin3 :
+INA
Pin4 :
V-
Pin5 :
+INB
Pin6 :
-INB
Pin7 :
OUTB
Pin8 :
V+
-1.627-1.627-0.959-3.000-0.959-1.627-1.627-1.627

El cuadro 2 muestra algunas situaciones posibles en la secuencia de la alimentación.

Tabla 2. Posibles situaciones en la secuenciación de la energía
ESV+V-Potencia del amplificador con cargaPotencia del amplificador con carga
Caso 1Flotante
Flotante
Presente
Ausente
Ausente
Presente
No
No
No
No
Caso 20 V
0 V
Presente
Ausente
Ausente
Presenta
No
No
No
No
Caso 3Positivo o negativo
Positivo o negativo
Presenta
Ausente
Ausente
Presenta
No
No
No
No
Caso 4Positivo o negativo
Positivo o negativo
Positivo o negativo
Positivo o negativo
Presente
Presente
Ausente
Ausente
Ausente
Ausente
Presente
Presente

No

No
No

No

Diodos de descarga electrostática (ESD) en amplificadores operacionales

La descarga electrostática también puede provocar un evento de sobretensión. La mayoría de las op
están equipados con un diodo ESD interno para evitar las descargas electrostáticas.
Los diodos ESD pueden proporcionar una clave para analizar la actividad cuando V+ o V- es
ausente. La figura 2 es un diagrama de bloques simplificado del ADA4077/ADA4177.
La tabla 3 muestra la caída de tensión típica de los diodos ESD internos del ADA4077-2/ADA4177-2
Diodos ESD y diodos back-to-back. Ten en cuenta que los diodos de la espalda
se colocan diodos entre los dos terminales de entrada de los amplificadores operacionales para sujetar el
señal de entrada diferencial.

136254_Fig_02
Figura 2. Diagrama de bloques simplificado del ADA4077/ADA4177.
Tabla 3. Diodo interno de un amplificador operacional
ADA4077ADA4177
D10.838Desconocido
D20.845Desconocido
D30.837Desconocido
D40.844Desconocido
D5DesconocidoDesconocido
D6DesconocidoDesconocido
D70.8410.849
D80.8420.849

Observa también que cuando se utiliza el DMM para medir D5/D6 del ADA4077-2, muestra que no hay ningún diodo entre los dos terminales de entrada
muestra que no hay ningún diodo entre los dos terminales de entrada. De hecho, hay dos conjuntos
resistencias antes de los diodos para limitar la corriente de entrada a menos de
±10 mA. Las resistencias internas y los diodos traseros limitan la tensión de entrada diferencial
tensión de entrada diferencial a ±Vs para evitar el fallo de la unión base-transmisor.

En el caso del ADA4177, las células OVP están integradas para aumentar la robustez. Se colocan
antes de los diodos ESD y los diodos back-to-back, por lo que es difícil medir
estos diodos mediante DMM. Se pueden medir los diodos ESD de salida del ADA4177.

Configuración de la evaluación

La figura 3 sirve para medir la actividad del amplificador operacional. Canal A y
El canal B está configurado como un buffer, y la entrada no inversora del canal B
se conecta a GND mediante una resistencia de 100 kΩ. Al hacer que V+ esté ausente
(V- presente) o V+ presente (V- ausente), las variables de entrada y potencia
se puede medir con amperímetros y voltímetros. Analizando
estas variables, podemos determinar la trayectoria del flujo de corriente.

Lee:  Principio de funcionamiento del transformador.
Figura 3
Figura 3: Configuración para la prueba de secuencia de potencia.

Caso 1: La entrada es flotante

La tabla 4 muestra los resultados de una entrada flotante y sin alimentación. Cuando V-
está presente y V+ está ausente, hay una tensión negativa en el pin V+. Cuando
V+ está presente y V- está ausente, hay una tensión positiva en el pin V-.

Las pruebas del ADA4077-2 y del ADA4177-2 muestran resultados similares. No hay corrientes significativas
se observan corrientes significativas en los pines de entrada y en los de alimentación, y el amplificador operacional de entrada flotante
el amplificador operacional sigue siendo seguro cuando no hay una vía de alimentación.

Caso 2: La entrada está conectada a tierra

La tabla 5 muestra los resultados cuando la entrada está conectada a tierra. Nota para IB+, un negativo
significa que la corriente sale del terminal +IN. Para IOUT,
un valor negativo significa que la corriente sale del terminal -IN.

Tabla 4. Resultados del ADA4077-2/ADA4177-2 con entrada flotante

Condición
V+
V-
ISY+ (mA)
ISY- (mA)
IB+ (mA)
IOUT (mA)
IN (V)
OUT (V)
ADA4077-2
Todo el poder15-15
1.021.01-0.000050.000070.001-0.008
V+ ausente-13.1-150.12-0.000010.001-13.73-14.42
V- ausente1513.060.15-0.000010.00112.9313.62
ADA4177-2
Todo el poder15-15
0.980.96-0.000010.000020.001
V+ ausente-14.26-150.14-0.000020.00137-13.77-13.78
V- ausente1512.960.14-0.00001-0.0003912.2612.31
Tabla 5. Resultados del ADA4077-2/ADA4177-2 con entrada conectada a tierra
Condición
V+
V-
ISY+&(mA)
ISY- (mA)
IB+ (mA)
IOUT (mA)
IN (V)
OUT (V)
ADA4077-2
Todos los poderes15-15
1.011-0.000050.00001-0.019
V+ ausente-0.846-152.302.300-1.60-0.017-2.68
V- ausente150.8471.78-1.7581.0640.122.116
ADA4177-2
Todo el poder15-15
0.980.96-0.000010.00002
V+ ausente-11.99-159.39.300-0.200-0.068-11.98
V- ausente151.8481.84-1.8230.0670.0131.851

Tomando el ejemplo del ADA4077-2 con V+ ausente, V+ se sujeta al VIN
por un diodo ESD.

  • VIN está conectado a V+ a través de un diodo de sujeción ESD, por lo que cuando VIN está a 0 V, V+
    es de -0,846 V.
  • Bucle de flujo de corriente: Como se muestra en la ruta roja de la figura 4, la corriente de 0,7 mA
    fluye de GND (+IN) a V+. 1.una corriente de 6 mA fluye desde GND (+IN)
    a través de una resistencia interna, D5 y la vía de retorno entre -IN y
    OUT, entonces la corriente fluye hacia el terminal de salida. Finalmente, las dos corrientes
    (0,7 mA y 1,6 mA) se combinan para fluir a -15 V, entonces la corriente combinada
    la corriente combinada vuelve a GND (+IN).

Los resultados son similares entre el ADA4177-2 y el ADA4077-2. Ten en cuenta que
en el ADA4177-2, D1 se implementa mediante la base del emisor de un transistor PNP lateral
Transistor PNP. El transistor dirige la corriente de choque desde el
V+ a V-. El circuito ADA4177 de la Figura 4 muestra un flujo de corriente de 9,1 mA
de V+ a V- , y combinado con una corriente de 0,2 mA en la vía de retroalimentación, se obtiene una corriente de 9,3
camino de retroalimentación, obtenemos un flujo de corriente de 9,3 mA a -15 V, luego la corriente vuelve a GND
a GND.

No se observa ninguna corriente significativa en los pines de entrada y alimentación del ADA4077-2 ni del ADA4077-2
aDA4077-2 o ADA4177-2 (Tabla 5). Estos amplificadores operacionales pueden soportar
cualquier orden de secuenciación de la PU dentro de +1 de ganancia con +IN conectado a tierra.

Caso 3: Con entrada

Se aplica una señal positiva o negativa (+10 V o -10 V) a +IN
terminal cuando no hay una fuente de alimentación. La tabla 6 no muestra ninguna corriente significativa, por lo que estos op
los op amps pueden soportar cualquier orden de secuenciación de PU en una ganancia de +1 con +IN
se ha quedado en tierra durante un corto periodo de tiempo.

El análisis de la trayectoria del flujo de corriente es similar con el caso 2 (entrada de 0 V), ver
Figura 5.

Figura 4
Figura 4: Recorrido de la corriente del ADA4077/ADA4177 cuando no hay V+ (entrada conectada a tierra).
Figura 5
Figura 5: Recorrido de la corriente del ADA4077/ADA4177 cuando no hay V+ (entrada de 10 V).
Tabla 6
Condición
V+
V-
ISY+ (mA)
ISY- (mA)
IB+ (mA)
IOUT (mA)
IN (V)
OUT (V)
ADA4077-2
Todos los poderes15-15
1.031.010.00098-0.00003109.97
V+ ausente y entrada positiva9.14-152.42.396-1.6539.997.3
V+ ausente y entrada negativa-10.83-152.412.308-1.651-10.02-12.66
V- ausente y entrada positiva1510.831.81-1.6891.05510.0212.09
V- ausente y entrada negativa15-9.151.77-1.7591.031-9.99
-7.88
ADA4177-2
Todo el poder15-15
1.021-0.00099-0.000099.999.97
V+ ausente y entrada positiva-9.09
-15
8.868.866-0.113
9.92-9.06
V+ ausente y entrada negativa-12.33
-15
4.314.18-0.039
-10.02
-12.32
V- ausente y entrada positiva1511.421.33-1.20.0569.9911.43
V- ausente y entrada negativa15-8.331.51-1.4920.062-9.97-8.32
Lee:  Diferencia entre la fuente de alimentación de CA monofásica y trifásica

Caso 4: Con entrada y con carga en potencia/salida

En una aplicación real, el circuito del amplificador óptico puede funcionar con otro circuito.
Por ejemplo, la salida del amplificador operacional puede accionar una carga, o la fuente de alimentación del amplificador operacional puede alimentar también otros circuitos
la fuente de alimentación del amplificador operacional también puede alimentar otros circuitos. Esto puede causar un problema.

En esta prueba, se conecta una resistencia de 47 Ω entre la salida y GND o
los pines de alimentación y GND que faltan. La tabla 7 muestra los resultados de las pruebas de la
ADA4077. Las grandes corrientes están resaltadas en rojo. Tres posibles situaciones
puede presentar riesgos, suponiendo que el V+ esté ausente:

Situación 1: Cuando la entrada es de 10 V y la carga en OUT es de 47 Ω, la salida es de 1,373 V. Cuando sale una corriente de 23 mA por la patilla de salida del amplificador operacional (véase la figura 6), el recorrido de la corriente es el siguiente

  • Alimentación de la fuente de señal de entrada 30,2 mA de corriente
  • flujo de corriente de 24 mA a través de D1 a V+, y flujo de corriente de 6,2 mA a través de D5 y de vuelta a OUT
  • la corriente de 24 mA de V+ se divide en 1 mA (hacia V-) y 23 mA (hacia OUT)
  • 29.flujo de corriente de 2 mA a través de una carga de 47 Ω a GND

La corriente debe ser limitada. Añadiendo una resistencia de 1 kΩ a +IN, la corriente de entrada se reduce a 6,8 mA.

Situación 2: Cuando la entrada es de 10 V y la carga de V+ es de 47 Ω, una corriente de 170 mA entra en el ADA4077-2 y sale por la patilla V+ hacia una carga de potencia de 47 Ω. La corriente de 170 mA quemará el diodo interno y dañará el chip. Añadiendo una resistencia de 1 kΩ a +IN, la corriente de entrada se reduce a 8,9 mA. La figura 7 muestra la trayectoria del flujo de corriente.

Tabla 7. ADA4077 con una carga en el pin de salida o sin pin de alimentación
ADA4077-2Condición
IN (V)V+
V-
ISY+ (mA)
ISY- (mA)
IB+ (mA)
IOUT (mA)
OUT (V)
V+ ausente
Vo o V+ sin carga positiva/entrada9.999.14-15
2.42.396-1.6537.3
Vo 47 Ω a GND9.988.77-151.0030.22-6.1741.373
Vo 47 Ω a GND y 1 kΩ9.982.389-150.766.828-2.1040.284
V+ 47 Ω a GND9.598.01-151705.05175-5.06.06
V+ 47 Ω a GND y 1 kΩ9.940.295-156.272.698.96-2.69-1.876
Vo o V+ sin carga/entrada negativa-10.02-10.83-152.412.308-1.651-12.66
Vo 47 Ω a GND-9.97-3.226-1548.6-4.654.885-2.501
Vo 47 Ω a GND y 1 kΩ-10.02-10.83-1514.302.284-1.629-0.563
Figura 6
Figura 6. Recorrido de la corriente del ADA4077 cuando no hay V+ (entrada de 10 V y carga de salida de 47 Ω).
Figura 7
Figura 7. Recorrido de la corriente del ADA4077 cuando no hay V+ (entrada de 10 V y carga de alimentación de 47 Ω).

Situación 3: Cuando la entrada es negativa (-10 V) y la carga en OUT es de 47 Ω
(ver Figura 8), una corriente de 48 mA fluye a través del chip
chip. Esto genera una disipación de energía de 48 mA × (-2,5 V + 15 V) = 0,6 W
disipación. Dado el θJA de 158° C/W del ADA4077-2, la temperatura de unión es
la temperatura de la unión es 94,8° superior a la temperatura ambiente. Si hay
canales o si la carga es más pesada, la temperatura de unión puede ser mayor que
ser superior a 150º, y la viruta puede dañarse.

En lugar de añadir una resistencia limitadora de corriente a la entrada, la resistencia
debe añadirse a la salida.

Cuando V+ está presente y V- está ausente, se produce el mismo fenómeno.
Añadiendo resistencias externas para limitar la corriente, el circuito puede ser más robusto
ser más robusto.

Para el ADA4177-2, sólo se aplica la situación 3. Cuando hay una gran entrada negativa
gran entrada negativa y una gran carga en la salida al mismo tiempo y cuando V+ está ausente y hay un flujo de corriente de 53 mA a través del chip, el
y hay un flujo de corriente de 53 mA a través del chip, la disipación de energía puede aumentar y el
se puede aumentar la temperatura de la unión (ver
en la Figura 9). Añadiendo una resistencia de 1 kΩ a la salida, se puede evitar este riesgo.

Lee:  ¿Qué es el transistor BC547 y cuáles son sus aplicaciones?

De los dos amplificadores operacionales, el ADA4177-2 es más robusto que el ADA4077-2. Es un
es la opción preferida para las aplicaciones que requieren tanto precisión como robustez.

Otra actividad de los Op Amps en el campo de la secuenciación de potencia

Entre los amplificadores operacionales, hay diferentes implementaciones de diodos, resistencias,
y células OVP. Algunos amplificadores operacionales no tienen celdas OVP internas, otros no tienen diodos back-to-back
diodos de espalda a espalda. Una aplicación diferente producirá resultados diferentes
resultados diferentes si no hay una fuente de alimentación. Además, diferentes diseños de amplificadores operacionales pueden producir resultados diferentes
los diseños de los amplificadores pueden producir resultados diferentes.

Por ejemplo, el ADA4084-2 no tiene resistencias limitadoras de corriente internas ni OVP
células, y tiene diodos ESD conectados a la fuente de alimentación y a
diodos. La Tabla 9 y la Figura 10 muestran los resultados cuando V+ está ausente y hay
es una entrada de 10 V. La actividad y el recorrido de la corriente del ADA4084 son similares a los del
aDA4077-2 y ADA4177-2 (discutidos anteriormente en el caso 3). Sin embargo, el
el ADA4084 no tiene una resistencia interna ni una célula OVP para limitar la corriente,
la corriente de 60mA fluirá a través del chip, lo que podría dañarlo.

Figura 8
Figura 8. Recorrido de la corriente del ADA4077 cuando no hay V+ (entrada de -10 V y carga de salida de 47 Ω).
Figura 9
Figura 9. Recorrido de la corriente del ADA4177 cuando no hay V+ (entrada de -10 V y carga de salida de 47 Ω).
Figura 10
Figura 10. Recorrido de la corriente del ADA4084 cuando no hay V+ (entrada de 10 V).
Tabla 8. ADA4177 con carga en el pin de salida o sin pin de alimentación
ADA4177-2Condición
IN (V)V+
V-
ISY+ (mA)
ISY- (mA)
IB+ (mA)
IOUT (mA)
OUT (V)
V+ ausente
Vo o V+ es flotante y la entrada es negativa-10.02
-12.33-15
4.314.18-0.039-12.32
Vo 47 Ω a GND-9.97-3.218-1551.53-2.4732.632-2.543
Vo 47 Ω a GND y 1 kΩ-10-10.4-159.10-0.0030.147-0.428
Tabla 9
ADA4084-2Condición
V+
V-
I+ (mA)
I- (mA)
IB+ (mA)
IOUT (mA)
IN (V)OUT (V)

Todo el poder15-15
1.381.37-0.001-0.0001109.98
V+ ausente y entrada positiva8.71-1560.160.102-51.899.567.99

En las aplicaciones del sistema, diferentes amplificadores operacionales, diferentes topologías (como
en las aplicaciones del sistema, diferentes amplificadores operacionales, diferentes topologías (como la amplificación no inversa, inversa y diferencial),
diferentes cargas, y se pueden implementar conexiones externas.
Si no hay una fuente de alimentación, hay que evaluar los riesgos. Este artículo
puede orientar sobre el montaje del circuito de evaluación (Figura 2), cómo
analizar la trayectoria actual y evaluar los riesgos potenciales.

Resumen

Para evitar situaciones de sobretensión o lock-in, las fuentes de alimentación de los amplificadores operacionales
deben establecerse simultáneamente. Las directrices generales son las siguientes

  • Durante la secuencia de encendido, primero enciende la fuente de alimentación y luego aplica una señal al
    señal a la
  • Durante la secuencia de apagado, apaga primero la señal en la entrada y luego apaga la fuente de alimentación
    el suministro de energía

En las aplicaciones del mundo real, puede ser difícil seguir estas directrices.
Esto puede causar problemas, especialmente cuando hay una señal de entrada, y
los diseñadores deben evaluar adecuadamente el riesgo. Una solución eficaz es intentar
limita la corriente de entrada al amplificador operacional a la especificación de la hoja de datos
especificación de la hoja de datos. La adición de una resistencia limitadora de corriente en la entrada y la salida puede ser útil en aplicaciones en las que no se puede suministrar energía
aplicaciones en las que no se puede suministrar energía al mismo tiempo

Probamos tres op amps de ADI en una aplicación sin fuente de alimentación
(ADA4084-2, ADA4077-2 y ADA4177-2). Cuando se integra con resistencias internas
resistencias internas, el ADA4077-2 ha demostrado ser muy robusto. El ADA4177, cuando se integra con
integrado con un circuito OVP, ofrecía la mejor robustez. En las aplicaciones
donde la fuente de alimentación puede estar ausente, y no se pueden añadir resistencias limitadoras de corriente externas, el ADA4177
se recomienda el ADA4177 para evitar que se degrade la precisión.

Referencias

Hoja de datos ADA4077. Analog Devices, Inc.

Ficha técnica del ADA4177. Analog Devices, Inc.

Arkin, Michael y Eric Modica. "Los amplificadores robustos ofrecen protección contra sobretensiones integrada" Diálogo analógicovolumen 46, Número 1, 2012.

Blanchard, Paul y Brian Pelletier. "Uso de diodos ESD como pinzas de tensión" Diálogo analógicovolumen 49, Número 10, 2015.

Para más información sobre el ADA4177 y el ADA4077, consulta las páginas de producto y las hojas de datos aquí: ADA4177 y ADA4077.

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