緩沖器/驅(qū)動器對于可行電路的應(yīng)用設(shè)計

盡管緩沖器和驅(qū)動器似乎沒有為電路增加功能，但這些看似簡單的接口元件對于可行的電路設(shè)計和操作來說是必不可少的。

這個雙重問題的答案很簡單：第一，“取決于”，第二，“幾乎可以肯定”。

讓我們從定義開始：“緩沖區(qū)”在電子硬件和軟件中有很多定義?？梢允潜Ａ舻能浖^(qū)域；一組內(nèi)部 IC 寄存器；或者它可以是插入兩個子電路之間接口的電路功能。

我們將看看后一個角色。盡管這些緩沖器通常處理由理想化的 1 和 0 組成的數(shù)字信號，但它們實際上在電壓、電流、時間和故障的真實模擬世界中發(fā)揮作用。因此，它們是處理現(xiàn)實世界“數(shù)字”信號的模擬電路。

緩沖區(qū)和驅(qū)動程序之間的區(qū)別主要是角度問題。緩沖器通常是一個插入元件，它可以防止信號源受到負(fù)載屬性的影響，但會提供與它在自己的輸入端看到的相同或幾乎相同的電壓和電流。相比之下，驅(qū)動器通常會提高電流源/灌電流電平，或?qū)⑵漭敵鰝鬏數(shù)截?fù)載的電壓，并且通常會針對電路問題提供額外的保護。但是，這兩個功能經(jīng)常重疊，它們的命名也經(jīng)常重疊。

緩沖器/驅(qū)動器符號很簡單，圖 1，并沒有開始暗示它們的微妙之處或內(nèi)部復(fù)雜性。在許多 IC 中，該功能內(nèi)置于源 IC 中，但也有許多分立的緩沖器和驅(qū)動器 IC 正在使用中，這取決于必須輸送多少電流以及在什么電壓水平下。（請注意，模擬信號的緩沖器通常使用與數(shù)字信號相同的符號。）

圖 1：通常用于模擬或數(shù)字信號緩沖器/驅(qū)動器的原理圖符號表明它提供的附加功能很少或沒有；相反，它在其輸入端接收信號，增強其某些電壓/電流屬性，并將其呈現(xiàn)為輸出。

緩沖器或驅(qū)動器可以提供許多不同的功能，即使基本緩沖器或驅(qū)動器具有連接到源輸出的單個輸入，以及連接到（或驅(qū)動）負(fù)載輸入的單個輸出。在許多緩沖區(qū)或驅(qū)動程序角色中：

緩沖器可以將源電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需的電壓；

它可以允許僅具有低或中等電流源/吸收能力的子電路來驅(qū)動需要更多電流才能運行的負(fù)載。

它可以為電源提供保護，以防負(fù)載出現(xiàn)故障，例如短路或意外連接到電源軌。

它可以控制和管理源信號與負(fù)載所看到的電壓/電流之間的時序（轉(zhuǎn)換速率控制）。

它可以使源與負(fù)載性質(zhì)的任何變化隔離，因此源看到一個固定的、不變的負(fù)載阻抗。

它可以簡單地反轉(zhuǎn)輸入信號以正確匹配兩個子電路。

它可以提供組件之間的阻抗匹配，這是射頻電路中實現(xiàn)最大功率傳輸和最小損耗的關(guān)鍵要求。

MOSFET/IGBT 驅(qū)動器從處理器或控制器獲取低電平數(shù)字信號，并以 MOSFET 需要開啟的高電壓和電流提供這些信號，并采用精心管理的壓擺率和時序，圖 2。

圖 2：此 MOSFET 驅(qū)動器采用低電平數(shù)字輸出并將其轉(zhuǎn)換為完全快速打開和關(guān)閉 MOSFET 所需的電壓和電流。

可編程邏輯控制器 （PLC） 狀態(tài)機處理器需要打開和關(guān)閉繼電器，繼電器需要 24 V 和 1 A 才能工作，并且在關(guān)閉時還會產(chǎn)生高壓感應(yīng)“踢”；驅(qū)動程序不僅在兩個世界之間進行轉(zhuǎn)換，而且還保護處理器輸出。

具有 3V 輸出的 IC 需要連接到具有 5V 輸入的 IC（反之亦然），盡管電流水平很低；緩沖器充當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器。

一個 IC 需要同時驅(qū)動多個負(fù)載，但這些負(fù)載之間沒有交互；單輸入、多輸出緩沖器（多扇出）執(zhí)行此操作，圖 3。

圖 3：扇出緩沖器采用單個輸入并提供多個輸出；每個輸出上的負(fù)載或狀態(tài)不會影響其他輸出。

同樣，這些只是眾多可能示例中的一小部分。

有時，緩沖器或驅(qū)動器提供的不僅僅是基本的電氣功能。在某些情況下，兩個子電路必須彼此電氣隔離，這意味著兩者之間沒有歐姆（電流）路徑，但信號信息必須從一個到另一個。這種隔離可能需要系統(tǒng)保護、操作員安全，或者因為標(biāo)準(zhǔn)電機驅(qū)動器中的 MOSFET 需要在沒有接地連接的情況下“浮動”。隔離緩沖器通過使用光耦合器（光隔離器）、變壓器磁路、電容耦合甚至射頻鏈路的插入路徑來斷開電流路徑。

盡管緩沖器和驅(qū)動器提供很少或不提供附加功能或信號處理方面，但主要在其輸出處復(fù)制其輸入但具有不同的屬性，但它們是在成功、可行的設(shè)計中具有關(guān)鍵作用的基本組件。決定選擇哪個特定器件有時是一個簡單的決定，但當(dāng)存在必須解決的微妙權(quán)衡時，例如在驅(qū)動 SiC MOSFET 或 RF 前端時，它可能是一個復(fù)雜的決定。選擇可以“成敗”電路的可靠和成功性能。

審核編輯：郭婷