OPA549: 输入端没有输入信号,输出端输出信号

Part Number: OPA549

项目中使用OPA549T(供电电压是±24V)作为恒流源使用,负载是音圈电机,设计电路如下图所示。

发生的问题点是:接入负载和电源后,无输入信号的时候,音圈电机被驱动(理论上音圈电机不会被驱动)。

在问题点调查过程中做了如下测试:

①确认输入信号和音圈电机两端电压

现象:输入信号确实没有,音圈电机两端有输出电压

②确认电压跟随器(VO1)的输出端电压

现象:电压跟随器无输出信号,音圈电机两端有输出电压,同确认项目①一样

③确认OPA549T的IN-和音圈电机两端电压

现象:IN-端子和音圈电机都是电压,与确认项目①相比较,频率发生了变化(976Hz→690Hz)

④确认OPA549TIN+和音圈电机两端电压

现象:OPA549TIN+和音圈电机两端无电压输出

⑤确认该电路系统的输入信号和负载电流的频率响应

现象:在960Hz附近出现隆起,与确认项目①中的现象一致(出现976Hz的输出电压)

由确认项目①和②排除了输入信号引起的问题,但是究竟是什么原因引起的该想象,还不清楚,还拜托给与技术支持。

  • 我怀疑线圈的无功阻抗导致负反馈像正反馈一样。
    此外,看起来R616目前已被填充。R616会严重降低电路的稳定性。
    交流测量进一步证明了这一观点。我看到高增益在振荡频率处达到峰值。这表明反馈系统的作用更像是一个振荡器
    当我用几mH的电感模拟这个电路时,反应几乎相同:
    995Hz的红色(音圈电机)振荡

    移除R616将解决稳定性问题。如果我们想改变电路的闭环增益,我们可能需要改变R614。

  • 问题①

    去掉R616后,发生的问题点消失了。

    将电路调整如下,再测试输入信号和流过音圈电机的频率响应如下:

    调整的地方:R614的阻值变更3MΩ,R616去掉

    频响特性:

    变更后的电路频响的带宽降低了,如何提高频响的带宽还拜托给与技术支持

    问题②

    对变更前(R616未拆除、R614为100KΩ)其他的板子也进行了输入信号和流过音圈电机电流的频响测定,

    测试结果出现了2种情况(使用的负载是相同的)

    什么原因导致的情况①和情况②的差异还拜托给与技术支持。

  • 我很高兴听到重新设计的电路有助于解决不稳定问题。
    你能帮我理解什么情况是什么吗?情况1 R616是否填充了R614=100kOhm?
    客户希望在他们的系统中使用哪条曲线?
    情况1已经达到增益峰值,这可能是不稳定的迹象。
    为什么R614选择3MΩ?这是在电路中创建所需增益所需的值吗?
    我怀疑体重下降是由于R614的尺寸太大。

  • 情况1的频响曲线,R616有填充,R614=100KOhm,

    希望是在1KHz以下,增益稳定不变。

    R614选择3MΩ的理由是,频响特性的曲线设计在-14db,通过仿真验证,OPA549的增益设置为31倍时,频响特性的曲线为-14db;

    又由于R612在装置的背面,不太容易更换,所以把R614变为3MΩ。

    下面是按照R614=3MΩ仿真的结果

    ①负载有电阻和电感成分

    结果:在50Hz以后开始衰减

    ②负载只有电阻成分

    结果:在16KHz以后开始衰减

    下面是按照R614=30K,R612=1K,负载含有电阻和电感成分的仿真

    结果:在50Hz以后开始衰减

    通过仿真结果看负载的电感成分影响了衰减频率的位置,怎么改变衰减频率的位置还拜托给与意见。

  • 在模拟中,我没有得到相同的频率响应曲线。这是我的曲线:

    Fc=33kHz,0Hz=29.83dB=31V/V时的GdB
    如果我配置了与您的设置不同的内容,请告诉我。

  • 取的输出信号与我的不同,

    我测的是输入电压和输出电流之间的频响曲线

  • 关于您说的R616填充会严重减低电路的稳定性。

    R616导致电路不稳定的原因是是由于R618-R622并联的电阻值小,

    再加上负载的波动,导致正输入端的反馈电压大于负输入端的反馈电压,

    导致OPA549T整体体现为正反馈。

    是我所说的这个原因吗,或者是其他什么原因

  • 我现在明白了,你想要一个输入电压到电流输出关系的传递函数。
    音圈电机的最大驱动频率是多少?这个驱动信号总是方波吗?
    我现在了解到,您已经构建了一个基于分流器的Howland电流泵,并且需要R616用于20mH负载电感的高频操作。
    我能够完美地复制您看到的问题:

    OPA549所需的最大电流输出是多少?

  • 音圈电机的最大驱动频率是200Hz,驱动信号是正弦信号,

    OPA549最大电流输出是2A

    看您的仿真波形,VF2的波形是怎么来的?

  • 我先对目前发生的问题点进行总结说明。

    问题点

    1.接通电源后,没有输入信号时,音圈电机有动作(希望是无输入信号音圈电机不动作)

    2.测试了相同批次的其他板子(没有问题1的板子),电流的频率响应不同。

    我将电路进行了如下的改造,改造电路如下:

    R614和R616变更为10kΩ,去掉R600,输入信号通过R728直接输入给U602的同相输入端

    对改造后的电路进行了频响确认结果如下

    1.发生问题1的板子,在没有输入信号时,音圈电机不动作,符合设计需求。

    2.测试改造后的相同批次板子(8个),电流的频响几乎是一致的,如下所示。

    按照这种方式改造目前发生的问题得到了解决,但是发生问题的原因不明,

    担心这样改造的电路还会存在问题(例如之前您提到的R616的填充会严重降低电路的稳定性

    拜托确认内容

    1.对改造后的电路进行确认,会存在那些问题。

    2.本次发生问题的原因能否给与建议说明。

  • 由于VF3反向驱动U2的浮动输入,VF2具有较小的尖峰。
    实际上,这个问题是由OPA负载处出现的大电感引起的。
    这种非常大的电感导致电压和电流相位相差很大,以至于我们的反馈变为正,从而导致持续振荡。
    在许多不稳定的情况下,我们会故意添加隔离电阻,以帮助将无功负载与OPA输出隔离开来,但这种应用不能容忍这种变化,因为我们在这个隔离电阻上会有太大的电压降。
    稳定该电路的最佳方法是在输出端使用RC缓冲器。这为高频振荡提供了相对低的阻抗路径。
    我将在下面显示4个答案1。原始电路无输入,2。原始电路,带正弦输入,3。新电路无输入,4。具有正弦输入的新电路
    1.(原电路无输入)

    由于反馈响应的不稳定性,当没有输入信号时,我们会看到振荡。
    2.(原始电路,200Hz正弦输入)

    我们没有看到放大器的正弦响应,因为电流与电压的相位相差很大,电路变得不稳定。
    3.(新电路无输入)

    现在,使用RC缓冲器,我们拒绝了之前对输出负载造成问题的高频振荡。现在,这可以防止振荡通过反馈路径传播,从而稳定放大器。
    4.(200Hz正弦输入的新电路)

    200Hz正弦输入的放大器不再不稳定。

  • 感谢您的回复,通过您的解答发生问题的原因已经明白,

    看您的仿真电路中,R11为99KΩ,发生问题的电路是100KΩ,

    发生问题的电路也需要变更为99KΩ?

  • 很抱歉没有提到这个组件。这实际上应该是100kΩ。在我的模拟中,我发现R616和R609的匹配对系统的整体稳定性很重要。我想模拟1%的方差,以确认新的电路版本在组件变化中仍然是稳定的。

  • 收到,实际电路改造后(追加RC缓存电路)再对频响进行测定。

  • 你好,对实际电路进行了改造

    改造内容,在输出端追加了RC串联电路(R=2Ω,C=100uF),

    实际测试的频响曲线如下图所示,

    衰减的非常严重,且与仿真结果不符合。

  • 频率响应曲线看起来与预期不同。R=2Ω似乎有效地衰减了所有频率。
    很遗憾听到我的模拟与你的真实世界板测试不匹配。有时,宏模型与硅的行为略有不同,或者板寄生元件会导致差异。
    解决这个问题的最佳方法是手动评估缓冲电路的理想RC值。
    我们这里有一个很好的文档,描述了这个过程:

    Calculate RC Snubber.pdf

    实际上,我们正试图测量当我们有意在电路中添加电容时,我们看到的频移有多大。
    我们确实需要添加足够的电容来有效地移动频率,以测量变化。
    或者,您可以使用不同的电容器来代替我推荐的100uF。
    该电路的目标是在不干扰正常电路运行的情况下消除高频振荡。
    让我看看我是否可以在电路中添加一些寄生元件,以更好地匹配我在PCB上看到的内容。
    显然,100uF和2Ohm的频率对于设置来说太低了,或者我们最终将输出相移,使其完全不稳定。
    当你注入输入信号时,这个RC缓冲器是否完全消除了输出信号?