什么时候使用缓冲器,什么时候使用驱动器

缓冲器和驱动器同时提供输入和输出之间的阻抗变换。当看到常见类型的缓冲器和驱动器,例如电压和电流缓冲器、时钟缓冲器、直线驱动器和门驱动器时,这些差异开始出现。基本缓冲区和驱动程序有一个输入和一个输出,但还有一些可以有一个输入和多个输出或一个输出有多个输入。

这一常见问题从审查用于信号隔离的电压(数字)和电流(模拟)缓冲器开始,研究使用时钟树缓冲器和线路驱动器来驱动输电线路,在绿色能源系统中控制电力半导体的门驱动器,并通过研究为什么在汽车系统和电力转换等应用程序中使用高面和低面驱动器来结束。

除了在源和负载之间提供阻抗变换之外,缓冲区(又称缓冲区放大器)还防止信号源受到负载的影响。有电压和电流缓冲器;在两种情况下,缓冲器的输出状态反映其输入状态。缓冲器用于广泛的总线和其他应用中,包括在数字I/OS太弱而无法驱动负载时。它们也被用来隔离和保护设备,因为它们通常有更好的静电放电(ESD)和锁定保护,相比于单片机和其他数字化处理器。

电压缓冲器

电压缓冲区(有时称为数字缓冲区)具有高(理想的无限)输入阻抗和低(理想的是零)输出阻抗。高输入阻抗意味着它的电流很低,最小化对输入电路的任何干扰。理想缓冲器的其他特性包括完全线性,不受信号幅值的影响,输出响应时间为零,不受输入信号速度的影响。它有时被称为电压跟随者,因为输出电压跟随或跟踪输入电压。电压数字缓冲器具有统一电压增益,不会放大或衰减输入信号,但可以提供显著的电流增益,从而产生更高的输出功率。

电压缓冲应用的例子包括分压器、样品和保持电路以及有源滤波器。虽然大多数缓冲放大器的应用得益于高线性度,但非线性缓冲放大器可以用于数字电路,在数字电路中,需要高电流来驱动比正常支持的风扇更多的闸门,以驱动显示器或长电线。

通过将输出连接到逆变输入,将输入电压连接到非逆变输入( 图1 )。这种方法有一些局限性。缓冲放大器通常具有最大的环路增益,其输出级设计为低阻抗。此外,当作为一个统一增益缓冲区驱动电容负载时,一些OP安培会变得不稳定。

图1基本电压缓冲区(左)及电压缓冲区(右).

当前缓冲区

电流缓冲器用于将电流从低阻源转移到高阻抗输出电路。它可以用来连接传感器的弱输入信号和能够吸引更大电流的负载。它的阻抗特性与电压缓冲相反.电流缓冲器具有高(理想的无限)输出阻抗和低(理想的为零)输入阻抗.其所需的线性度和响应速度的特性与电压缓冲区相同。统一增益电流缓冲区被称为电流跟随者,因为输出电流跟随或跟踪输入电流。电流缓冲应用的例子包括数字逻辑门,该门用于将输入信号与随后的电路元件和高精度传感器隔离,以减少由于不同的输出阻抗而引起的电压和/或电流波动的影响。

把树和缓冲区切成块

时钟配电网( 木屑树 在数字系统中,经常使用时钟缓冲器,还有时钟源,可能还有一个颤动衰减电路。时钟缓冲区是一个单一输入、多个输出设备,它为多个IC的使用提供主时钟信号的多个副本。时钟缓冲区有2至20或更多输出( 图2 )。时钟缓冲器的关键性能参数包括最小的延迟和相等的升降时间,以支持低相位的震动和低输出偏斜。由于它们具有集成逻辑,时钟缓冲器可以包括额外的功能,如电压水平转换,信号格式转换,复用,和输入频率划分。

图2基本1:4时钟缓冲区.

直线驱动器

线路驱动器是专门的缓冲器,它集成了驱动长传输线或电缆的能力,能够使信号发送到更远的距离,更高的扇形,或改变格式。有些人将输入逻辑信号适应于特定的行驱动通信标准。例如,可以利用缓冲区将逻辑输入转换为高速串行输出。输入由多个行组成,例如一个并行总线。它们可以包括诸如均衡器和滤波器等功能,以补偿信号的损失和扭曲,并生成修正的信号。

司机可以在电路板轨迹阻抗和同轴电缆或其他电缆的阻抗之间提供转换。恢复驱动程序从数据流中恢复时钟信号。回收的时钟信号用于用干净的时钟来重新传输数据,补偿信号链中引入的任何颤抖。电缆驱动程序可以输出差动串行数据信号,并支持非常高速的数据传输,用于高清晰度和超高清晰度视频等应用。

绿色能源司机

绿色能源系统的动力驱动器可以有一两个输入电压,这取决于所使用的半导体功率类型。闸门驱动电压是开关式电源转换器效率和耗能的重要因素。硅(SI)功率MOSIFT需要最高18V的闸门驱动电压,以达到最大效率.氮化钠(GAN)电压不同,具有典型的5-6V的旋转电压和-2V的关闭电压。考虑到电压范围有限,硅、硅、硅等离子体的驱动器通常只有单一输入和单一输出,并在内部产生所需电压。

碳化硅(碳化硅)和硅的不同.为了最大限度地减少耗电和最大限度地提高效率,这些设备的闸门需要不同的开关和关闭电压。例如,一个硅IGBT需要15伏打开,而-7到-15V需要关闭,而一个特殊的MOSFET需要+15到+20V打开,而-5到0V需要关闭,可以需要一个具有双重输入的驱动IC,一个用于打开电压,一个用于关闭电压。这些设备的驱动电压通常由外部的双输出直流/直流转换器( 图3 ) .

图3碳化硅氧化硅(上右边)需要双驱动电压,驱动IC通常由双输出DC/DC转换器(左)提供动力。

汽车驾驶

汽车系统中的驱动功率MOSIFT有所不同,根据应用情况采用了高水平和低水平的驱动。低面驱动器位于负载和地面之间,高面驱动器位于负载和电源电压之间。两者之间的一个重要区别是它们对故障条件的响应,特别是在电源转换应用中最常见的故障模式短路。在汽车应用程序中,短地面比短供应更有可能。供电电压通常用一根电线来传递,而接地则通过几乎无处不在的金属板传递。对于一个高端司机来说,短地面故障将使输出缩短到地面,并需要保护电路,而短地面故障与低地面司机启动负载,可能不需要相同的保护( 图4 )。供应故障则相反.一个被缩短到需要保护的低身驱动器和高侧负载将永久打开,可能也需要保护,但不同类型的保护 .

图4高向(左)和低向(右)驱动的使用对短向地面断层有不同的影响.

断层的不同结果决定了低面或高面驱动的选择。低档驱动程序广泛用于发动机和变速器控制,但不用于油泵。在发生事故时,如果将一个低挡驾驶员缩短到地面,则发动机和变速器控制系统可以在没有什么风险的情况下长期运行,而如果燃料泵持续运行,则可能出现高风险情况,则情况并非如此。除了油泵,高侧的驱动器可以在诸如电动镜子或座椅电动机等身体功能中找到。它们也用于汽车LED照明应用 .

概括的

驱动器和缓冲器都提供阻抗变换。电压、电流、时钟和其他缓冲器大多在信号水平工作,不会提高信号功率,但它们除了提供阻抗变换之外,还能改变信号特性。线路和闸门驱动程序可以在信号或功率水平工作。根据应用程序的不同,缓冲区和驱动程序可以有单个输入和输出、单个输出的多个输入或多个输出的单个输入。