[参考译文] OPA462：OPA462 扩展电压范围、在 Howland 电流泵中实现

尊敬的 Christian：

感谢您的提问。 我有几个设计问题要问您。 您的输入电压范围是多少？ 在设计 Howland 电流泵时、这是一个重要因素。 此外、您尝试实现的输出电流范围是多少？ OPA462 的典型输出电流是否为~45mA？  

谢谢您、
嘉莉

您好 Carrie、

感谢您的快速回答和提问。  

输入电压范围为 0-3V（对于双极方案，为–3V 至 3V）。  

输出电流范围将为~45mA 是（最大脉冲为 1ms）。

总电源电压范围为 300V（或+–150V）。  

该设计基于 OPA462 数据表中的图 63。

谢谢您、

基督教

尊敬的 Christian：

感谢您提供详细信息。 请留出几天的设计时间、我会尽快回复您。

此致、
嘉莉

尊敬的 Christian：

感谢您的跟进。 这是我对 OPA462 的扩展电源 Howland 电流泵进行的仿真。 如果您有任何问题、敬请告知。

此致、
嘉莉

e2e.ti.com/.../opa462_5F00_howland_5F00_high_5F00_voltage.TSC

非常感谢您分享您的仿真结果。 在此仿真中、Vo1 - VO2 约为 300V、远高于 OPA462 的最大电源电压范围？

尊敬的 Christian：

这是该仿真的更新版本。 U3 超出电源电压。 在此解决方案中、任何 OPA462 的最大电源电压为 150V — 您应该能够根据具体规格进行调整。 然而、V-和 V+共同具有 300V 的电源电压。

此致、
嘉莉

e2e.ti.com/.../opa462_5F00_howland_5F00_high_5F00_voltage_5F00_updated.TSC

您好 Carrie、

非常感谢、现在电源电压处于电源电压范围内。 对于电路的单极实施 (0 - 300V、0 至 45mA)、您是否有任何建议？

尊敬的 Christian：

您无法对此电路设置使用相同的实现方式作为单电源、因为我们使用 V-为 U2 OPA462 供电。 请留出一些时间来提出另一个解决方案。

此致、
嘉莉

尊敬的 Christian：

这是 单极扩展 Howland 电流泵的标称设计。 实际上、我移除了为负电压电源 (U2) 供电的 OPA462、并更改了一些电阻值以获得所需的输出电流。 如果您对仿真有任何疑问、敬请告知。

此致、
嘉莉

e2e.ti.com/.../opa462_5F00_howland_5F00_high_5F00_voltage_5F00_single_5F00_supply.TSC

您好 Carrie、

感谢您对垄断设计的建议！ 但是、一旦负载高于约 2k、Vo1-VO2 就会> 180V（高于电源电压范围）。  

尊敬的 Christian：

您为设计实施的最大负载是多少？ 是 2k Ω 吗？ 我将编辑设计、以便能够处理更高的负载。

此致、
嘉莉

您好 Carrie、

在实践中、通常小于 10k、但还需要处理更大的负载或断开而不损坏运算放大器。  

再次感谢、

基督教

尊敬的 Christian：

遗憾的是、运算放大器能够处理的最大负载受到限制。 如果您查看 改进型 Howland 电流泵应用手册、我们会看到 Vout 必须保持以下条件：

我能够对电路进行仿真、并开始在 RL > 2.8k Ω 时看到失真。 我已附上仿真结果。

您是限制使用 Howland 电流泵、还是设计有灵活性？

此致、
嘉莉

e2e.ti.com/.../opa462_5F00_howland_5F00_high_5F00_voltage_5F00_single_5F00_supply_5F00_output_5F00_violation.TSC

您好 Carrie、

非常感谢您的努力。 我看到在达到特定负载时只能保持目标电流、但我预期在失真之前负载会更高（在前面的示例中，我只是担心 U3 电源会随着负载的增加而超过允许的电源电压范围）。  

无论如何、我都不理解此设计如何解决这个问题、因为-V 设置为 0V、将 U3 正电源限制为 190V（绝对最大额定值）。与简单的单运算放大器设计相比、这实际上不会扩展电源电压范围或负载两端的电压？

我在仿真中只测试了移除 U1（及其无源器件）并将 U3 正极电源连接到 180V、然后我就可以运行 3k 负载而不会失真。 正如我在应用手册（“扩展 OPA462 可用电源电压范围的技术“）中所了解的、调整两个电压输入（保持低于 190V 的差异，但相对于接地值可以更高）、使负载上的电压大于 190V（接地）。  

由于具有任意波形电流控制能力、Howland 电流泵是理想选择、但我也想提供一些替代设计建议、甚至限于方波电流脉冲。  

再次感谢、

基督教  

我对设计进行了一些更改、在仿真中、在 10k 负载下似乎可以正常工作、同时保持 Vo1-Vo2 <190V（负载较高的仿真不收敛）。 您是否知道这是否可行、或者您会推荐其他设计？

尊敬的 Christian：

我最初设计了类似的设计、但发现它无法驱动您所需的全部 45mA 负载。 如果 32mA 的负载电流是可以接受的、则该解决方案应适用。 您应该注意在此配置下输出电压处于最大值、这就是为什么您只能驱动 32mA 而不是所需的 45mA 的原因。

即使移除 U1、先前设计中的负载限制仍然受到限制。 当我尝试运行任何负载大于 3k 欧姆的仿真时、仿真会收敛、或者我看到了与之前相同的削波。

如果电流限制不可接受、我可以采用其他可能的解决方案。 另一种思路是使用输出电流驱动器电路。 我可以运行一些仿真、看看它是否可以用于 10k 负载。

此致、
嘉莉

您好 Carrie、

再次感谢。 是的、在 360V 电源电压范围内、我希望通过 10k 负载时 36mA 不会超过最大值。 例如、如果 I 将负载更改为 5k 并将 Vin 振幅增加到 1.4V、则仿真会提供 46mA 的峰值电流、但我不确定 Vin 与 AM1 的线性度。 我主要关心的是高负载下的电源电压超过 190V、而不是高负载下的电流下降。 电源似乎适合 10k 负载、但测试更高的负载不收敛？ 如果此设计有效、与 为 10k 负载提供 18mA 的单个 OPA462 泵相比、这是一项重大改进。  

不管怎样、如果您有其他可能的解决方案来扩展您建议的当前功能、这将是非常有趣的。 非常感谢您的建议。

基督教

尊敬的 Christian：

是的、峰值电流为 46mA、但会被削波。 我不建议在使用 5k 负载时强制将超过 1V 的电压输入到输入端。

这 是一个讨论通用电流升压设计的应用手册。 OPA593 还提供了一些有关使用电流升压电路的文献、可 在此处找到。但是、负载较高时、输出电流存在相同的限制。

我还在开发一个将实现电流升压电路的电路板设计 — 我可以在电路板发布后与您分享详细信息。

此致、
嘉莉

您好 Carrie、

感谢您发送编修。 我很好奇、为什么本设计中不建议使用高于 1V 的输入振幅。 在我的仿真中、46mA 峰值电流不被削波、在仿真方 波脉冲时、46mA 在整个周期内保持稳定。  

此致、

基督教

尊敬的 Christian：

在上述条件下运行仿真时、我注意到 Vo1 处出现削波、表示非线性行为。 如果我们更改 Vin = 1.5V、仿真就会收敛。  我想您可以在 1.3V 下运行它；通常、您需要确保不违反输出电压条件、电路应按预期运行。  以下是 Vin = 1.4V 时在 Vo1 处看到的削波。

此致、
嘉莉