本次與大家分享的是世健和ADI聯合舉辦的《在ADI電源產品的花園里“挖呀挖”》主題活動的二等獎文章：《電壓/電流采樣設計分享,玩轉運放比較器》及作者獲獎感言。

獲獎感言

電壓/電流采樣設計分享,

玩轉運放比較器

很榮幸被ADI評為獲獎選手，從中不但學習了新知識，還實踐了自己的動手能力。因為已經習慣將自己的每一個學習過程都做備忘錄，讓需要的朋友少走點彎路。在此特別感謝世紀電源網提供的這個平臺和ADI&世健舉辦的這次活動，最后祝ADI、世健和世紀電源網業績蒸蒸日上，越做越強。

作者: z443233785

所在行業: 電源

應用領域: PD快充及其它需要轉燈功能的地方

應用案例名稱1：轉燈電路設計分享

應用案例名稱2：采樣USB-A口電流降功率

ADI電源產品類型：運放放大器

ADI電源產品型號:LT1716

前言

最近快充和電池充電經常用到轉燈和電流采樣功能，慢充亮紅燈，快充亮藍燈等，所以準備分享一個轉燈電路和一個電流采樣電路供各位工程師一起學習，以及針對我在設計上遇到的一些問題做一個總結，疏忽錯誤之處在所難免，還請各位前輩斧正！

本次分享大概分四個部分：

1.轉燈電路設計分享，相關參數計算和電路仿真；

2.轉燈實物驗證測試，相關波形記錄；

3.USB-A口電流采樣進行降功率，相關參數計算；

4.快充A+C口實物驗證測試，相關波形記錄。

接下來為大家介紹一下此次的方案設計：

01

應用案例一

轉燈電路設計分享，相關參數計算和電路仿真

首先芯片選擇LT1716，工作電壓是2.7-44V，對于PD電源來說3.3-21V完全夠用，封裝SOT23-5，小巧的封裝在高密度PD電源來說非常實用。下圖是一個電壓采樣方式轉燈電路，接法為同相比較器，反相端接2.5V的參考基準電壓，Vout的電壓先通過電阻分壓后接到正相端。

為了方便計算，在圖中添加了網絡標號：

當運放作為比較器使用時，Vo=(U+-U-) xa，所以當U+小于U-時，Vo=無限接近于0V，U+大于U-時，Vo=無限接近于運放的供電電壓，為什么說是無限接近，因為有些運放不是完全的軌到軌，不能完全等于Vcc電壓，有VOH和VOL兩個電壓擺幅點，這兩個參數由運放本身決定，下圖為LT1716規格書寫的參數，其輸出擺幅可以和軌到軌完全媲美：

典型值VOH為30mV，VOL為20mV，意思是說當輸出高電平時Vo=Vcc-30mV，輸出低電平時Vo=0+20mV

看一下仿真的結果：

左圖為輸出高電平時，Vo電壓為12V-30mV=11.97V左右，右圖為輸出低電平時，Vo電壓為0V+20mV=22mV左右，和規格書上的數據大致吻合。接下來讓我們進行參數的一個計算，假設Vcs的電壓為5V，先把U+的電壓算出來，利用分壓定理，串聯電路中各電阻上的電流相等，各電阻兩端的電壓之和等于電路總電壓。

式子中U等于Vcs，算R2電阻上的壓降為:

由于U-參考電壓為2.5V，此時U+小于U-（同相端小于反相端），1.875V<2.5V，輸出為低電平，D2紅燈亮。

如果輸出進入9V快充狀態，Vcs=9V時，U+的電壓為:

此時U+大于U-（同相端大于反相端），3.375V>2.5V，輸出為高電平，Q1導通拉低D2電位，D2紅燈滅，D1藍燈亮。

邏輯上沒有問題之后開始畫原理圖和PCB Layout，先參照規格書的腳位把轉燈部分的原理圖畫出來：

通過計算得出，輸出電壓的轉燈臨界點為6.6V。

此時PCB已經畫好了，由于資料不可外傳,只截圖轉燈電路部分,前端是AC-DC結構,輸出單C口。

PCB板采用雙面錫膏工藝，布局非常緊湊。

為方便有需要的朋友,附上仿真的源文件,供參考：

（可前往原貼鏈接下載）

https://bbs.21dianyuan.com/forum.php?mod=viewthread&tid=352743

PCB回來已經調試完成，實現了綠燈和藍燈切換功能，因手上的是綠藍雙色燈，所以藍燈對應原理圖的紅燈。

先上傳波形，上電默認5V（紫色波形），U+小于U-（同相端小于反相端），輸出為低電平（綠色波形），如下波形綠色為LT1716的1腳電壓，紫色為輸出電壓。

慢慢上升調整輸出電壓（紫色波形），當電壓達到6.3V時，U+大于U-（同相端大于反相端），輸出為高電平（綠色波形），

綠色為LT1716的1腳電壓，紫色為輸出電壓。

02

應用案例二

采樣USB-A口電流降功率

分享一個電流采樣方式的一個案例，如下原理圖，紅色方框為本次實驗研究的主角，該案列為雙口輸出的一個PD快充電源，加入LT1716實現A口有設備接入充電時，C口進行降功率，該方案非常適合用于多口充電器的電流檢測。該方案總功率為35W，C口35W，A口10W，當兩個口同時使用時，C口變成25W，A口還是10W，這里就需要用到一個電流采樣方式：

簡單分析一下原理：當A口電流上升達到設計值時LT1716輸出一個高電平送到單片機，單片機接收到信號后進行C口降功率，當A口電流下降達到設計值時LT1716輸出一個低電平送到單片機，單片機接收到信號后恢復C口功率。

U5為基準穩壓器，提供一個精度較高的1.25V電壓，經過R30和R31進行分壓產生一個14mV參考電壓，R34為遲滯電阻。

參考電壓U+的計算：

本人比較笨，所以使用非常笨的方式來算：

便于理解，先看流入該支路的總電流，

再看總電流在下拉電阻上產生的壓降，

結果為14mV。

水平高一點的使用該公式可以這樣：

結果為14mV。

再高級一點的（天才）可以不需要公式，直接跳過得結果。

注：以上是忽略R34遲滯電阻的計算結果。

由于第一個案例比較器有個缺陷，在比較門限附近時容易出現干擾信號，導致精度差，造成信號一下高一下低不穩定的情況，所以加入R34引入正反饋來解決該問題。

深入研究一下這個遲滯原理：

當輸出低電平時，R34等效接地，相當于R34和R31并聯拉低參考電平形成下門限U-TL，當輸出高電平時，R34接入高電平抬高了原有的參考電平，并形成上門限U-TH，構成了一個滯回比較器消除干擾信號，如下圖原理圖和波形圖：

V_CS：比較器輸入信號，（檢測采樣到的電壓信號）

U_TH：上門限

U_TL：下門限

V_OL：輸出低電平，注：電平的值不是很精確

V_OH：輸出高電平，注：電平的值不是很精確

狀態分析：

V_CS+ 大于 U_TH 時，A-EN為低電平

V_CS+ 小于 U_TL 時，A-EN為高電平

U_TL小于 V_CS+ 小于U_TH 時，A-EN維持歷史狀態不變

上門限和下門限的估算：

看芯片手冊，有上下門限范圍：

下門限為0-75mV，上門限為Vdd+130mV，將這個代入公式：

得出上門限為18.47mV

表示達到該上門限觸發動作，在此下限不動作。

得出下門限為14.42mV

當在上門限觸發動作后，此時再往回走時不動作，當超越下門限時才進行動作，有效改善了在一個臨界狀態存在的干擾問題。

PCB畫完已打樣回來，附圖，體積做的得非常小，用的是雙面錫膏工藝。

板子現在已經貼好，同時MCU的軟件也寫好了，準備先上電測試，為了方便調試，把A口的座子直接引線出來。因為A口旁邊有很多貼片元件不好更換，同時也把LT1716的輸出端也引了根線出來，方便掛波形和調試。

參照論壇網友的參數和計算結果，確認無誤后直接上電了。

上電后功能正常，C口的PDO為35W，此時A口為5V空載，沒有帶電流。

A口從0A負載上升到0.339A時，C口開始降功率了，PDO為25W，14樓算的上門限為18.47mV，電路上用的限流電阻為50mR，上門限電流閾值為18.47mV/50mR=0.3694A，和實際測試結果相差不大。

LT1716的輸出端的波形圖：

可以看到，在0.254-0.339A這一段范圍沒有出現電平翻轉，提高了抗干擾問題。

實際測試下門限值為0.254A，理論計算是14.42mV/50mR=0.2884A。

上下門限范圍為100mA，有效避免了干擾帶來的誤動作，可通過調整R34的大小來改變這個門限范圍。

通過以上兩個案例，掌握了基本的工作原理和相關的參數計算，并實現了所要求的功能，感興趣的朋友們可以嘗試動手研究一下。

本次的案例分享到此結束，感謝大家的閱讀，希望可以給大家帶來一點幫助。