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[参考译文] OPA991:高侧电流监测不稳定、但 TL071的工作原理和 INA168的工作原理相同

Guru**** 2348500 points
Other Parts Discussed in Thread: INA168, LM321, TL071, OPA991, TLV9351
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1509310/opa991-high-side-current-monitor-unstable-but-tl071-works-as-does-ina168

器件型号:OPA991
主题中讨论的其他器件:LM321TL071、INA168、 TLV9351

工具/软件:

您好:

我们需要从滤波 PWM 输出4 -20mA 电流(过程控制)。

由于我们将其设置为微控制器、因此它是低侧输出、但我们需要24V 至 GND 的高侧输出。

在24V 电压下使用运算放大器控制的 NPN 灌电流晶体管和 PNP 电流镜可以正常工作、但误差会变大(包括3个电阻加上3倍的基极电流+β 变化+ UBE 失配)。

因此、我添加了一个高侧电流监控器、可将小电流输出到 GND、有关反馈、请参阅随附的图片。

如果 T2是 FET、则会校正 R7误差及其自身的失调电压以外的所有误差。 使用双极会增加一些基极电流误差、因此会增加 BSS123。

它可与用于 IC1的 TL071 (V+的输入)和用于 UC2的 LM321配合使用、仅1nF 作为 C12、用于控制 LM321。

为了使两个 IC 具有相同的器件并获得更低的失调电压、我们使用了 OPA991 IC1+IC2。

一个或两个 运算放大器有时(!) 狂轰滥炸。

在您使用示波器探头触摸几乎任何节点之前、它都可以正常工作、然后一个或两个 IC 开始振荡、输出电流增加或减小20%。 卸下探头不起作用。

使用1µF (!) 对于 C12使 IC2稳定,与 IC1仍然振荡,但令我惊讶的 是,输出是正确的。 它似乎阻碍了振荡。

添加其中一个手绘电容器 C20-C22只会更改频率、从3MHz 降至几 kHz。 将 BC847用于 T2不起任何作用、而且它也不是供电方(岩石稳定)。

如果我们将 IC1与 INA168重新复制(其他模块请参阅 pic)、它可以与 C12配合使用、只需1nF。 为什么 INA 是稳定的、并且添加了外部 R5+6和 T2的相同电路不是?

如果这不可读、我可以发布 PDF。

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    您好、Holmer、  

    您可以发布 pdf 版本吗? 黑色接地原理图很难阅读。  

    根据您的描述、您似乎遇到了运算放大器环路稳定性问题、需要对其进行补偿。  

    以下电路使用 OPA991作为比较器、我不知道为什么要这样进行设计。 您的 PWM 频率和信号是多少? 从原理图右侧开始。 我假设您要将 PWM 信号的平均电流转换为4 -20mA 电流以驱动 LED。  

    给我发送 pdf 文件后、我将进行查看。  

    此致、

    Raymond

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    您好:

    是的、我们使用来自微控制器的滤波 PWM 来设置电流、速度可能较慢。 一秒的稳定时间为 OK.e2e.ti.com/.../TI_2D00_Frage.pdf

    我将 PDF 拖放到该窗口中、但只能看到 PDF 文件符号。 希望您看到更多。

    此致、Holmer

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    您好、Holmer、  

    我正在尝试了解4 -20mA 设计意图中的 V 转 I。 这是我对你所做的最好的解释。 是的、该电路需要进行一些操作才能稳定环路增益。  

    在检查环路稳定性之前、让我们先完成设计。 我想您想使用差分放大器作为电压反馈、并将其用作反馈。  

    e2e.ti.com/.../OPA2991_5F00_4to20mA TSC-05052025.TSC

    实现这一点的另一种方法是以下应用手册。 还有其他方法可以构建 V-I 电路。  

    https://www.ti.com/lit/ug/slau502/slau502.pdf?ts = 1746472106833&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    请告诉我您想如何完成电路的定稿。  

    此致、

    Raymond

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    您好、

    谢谢您的应用手册、这基本上是我目前的镜像版本、镜像中具有运算放大器。 FET 消除了基极电流误差和 β 变化、运算放大器使栅极电压差异不再是问题(见下文)。 "不知道,就知道了。"

     

    我附上了重新绘制的电路版本、移除了 Vcc 电容器和 EMC 器件、使之更清晰。 所有三个版本都包含在一个布局中、未使用的部分将保留下来、其他部分将根据需要进行桥接。

     e2e.ti.com/.../Sink.pdf

    "水槽"是我们多年构建的前一个版本。 由于  我们的 GND 会将稳定的电流灌入 GND、因此您需要浮动电源、因为我们的 GND 会成为 PLC 等的正输入 您不能在一个 PLC 上使用我们的两个器件、因为电流不知道回家选择哪条路径(如果他们共享24V 电源的 GND)。

     e2e.ti.com/.../Source_2D00_with_2D00_Mirror.pdf

    "带镜源电流"是具有灌电流和高侧镜的简单版本、这种情况下会产生正4...20mA。 它适用于任何 PLC

    由于基极电流、β 变化和 UBE 变化以及三个电阻器容差(而不是一个)、因此误差更大。 使用 FET 对于接收器是可以的、但对于镜像而言是可以的。 仅栅极电压差异就会消耗您的误差预算。 +/-50mV 将给出+/-0、5mA。 应用手册电路通过微镜中的运算放大器解决了这一问题(请参阅上文)。

     e2e.ti.com/.../Source_2D00_with_2D00_OP_2D00_Feedback.pdf

    "具有 OP 反馈的源"使用传统的高侧运算放大器输出接地基准电流作为 IC2的反馈。   矩形中的各个部分等于 INA168 (由于输入限制为+5V、必须将 R13/R14减小/增大系数5)。

    与您的建议(有两个串联的 FB 环路)不同、该版本的两个运算放大器在一个环路中级联。 都具有90度。 相位裕度最终会达到180度。 和振荡。 甚至还有两种不同的频率、每个环路中各一个、外加一种稳定模式、直到您用示波器触摸电路节点。

    使用 OPA991 (选择用于低失调电压+偏置、R2R 输入/输出和40V 电源、两个位置具有相同的部分)、我可以使用 C12的1µF 来稳定输出、使 IC2成为慢速积分器。 IC1仍然摇摆(接近爆炸),但 IC2完美地集成了它。

    当 IC1=TL071且 IC2=TLV9351 (或 MCP6001、LM321)时、如果在 IC1的输入之间施加100nF、则振荡会停止。 INA168取代 R5+6、IC1+T2、因此 IC1不需要此类电容器、C12只需1nF 即可提供稳定性。 我想 INA 会针对此类应用进行内部补偿。

     

    无论如何、我们这次将针对 T1实现电流镜和 FET 稳定、应用没有问题、满量程误差为5%。 如果我们需要接近完美的版本,我会考虑你的电路,而不是我疯狂的双环。

     

    非常感谢、我想您可以结束本次课程。