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[参考译文] MÃ OPA462:关于在光快门应用中使用 OPA462 设计压电执行器控制器的咨询

Guru**** 2895600 points

Other Parts Discussed in Thread: OPA462, OPA991, OPA462EVM, OPA2991

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/1643427/ma-opa462-consultation-on-the-design-of-a-piezo-actuator-controller-using-the-opa462-for-an-optical-shutter-application

部件号: OPA462
主题中讨论的其他器件: OPA991OPA2991

您好技术支持团队:

我们目前正在使用 OPA462 为光快门应用设计压电式传动器驱动器。 主要工作条件包括:

  1. OPA462 由 170V 单电源供电
  2. 所需的输出波形为:
    5V 保持→2ms 半正弦上升至 160V→160V 保持→2ms 半正弦下降至 5V→5V 保持
  3. 压电执行器是 Cedrat APA150XXS、最大电容约为 0.22 µF放大的压电式传动器 APA150XXS 
  4. 在我们的拓扑中、压电的负极端子偏置为 20V、而 OPA462 将正极端子驱动为 5V 至 160V。因此、压电两端的有效电压约为 −15V 至+140V

我们希望就以下几点征求您的技术反馈意见:

  1. OPA462 可以为我们的项目生成压电式传动器所需的电压波形吗?
  2. 当以 4ms 周期驱动 5V 至 160V 正弦形波形时、OPA462 的预期功率耗散和热上升是多少?
  3. 根据下面所示的设计、您是否发现有任何不合理的设计选择或需要改进的方面?

我们非常感谢您的评论和建议。

非常感谢您的支持。

此致、

image.png

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    您好 Le Duc,

    感谢您的发布,设计看起来非常有趣!

    首先要注意的是、0.22uF 电容器相当大。 通常、我建议在此配置中使用 Riso 双反馈方法来帮助稳定电路。 运算放大器稳定性理论和补偿方法的第 4.2 节 详细讨论了该方法、但我也将运行我的分析以确保您的设置稳定。

    我还注意到、此设置中具有 30mA 最大输出电流。 如果您需要更高的电流、可以在放大器上使用分立式输出级来帮助实现这一点。 具有分立式输出电流升压功能的高压放大器参考设计 采用的设置可实现放大器上功率耗散超低的 500mA 输出。  

    输入信号有 2ms 的上升时间 — 您希望此信号更快,还是在设计中可以接受 2ms 上升时间?

    我将详细地进行分析、并将在下周初为您提供更完整的答案。  

    此致、
    嘉莉

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    您好 Carrie、

    非常感谢您的支持。

    我们的应用是使用压电式传动器的光学快门控制系统。 根据我们的电流估算、最小上升时间约为 2ms、我们可以根据需要将其调整为大约 2.5ms。

    为确保安全、我们目前的目标是使用 分立式输出电流升压电路 进行原型开发。 但是、我们在计算电阻值时遇到了困难。 在我们的应用中、OPA462 的输入电压范围为 0.6V 至 19.2V、工作输出电压范围为 0V 至 170V

    再次感谢您的帮助。

    此致、

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    您好:

    Carrie 今天外出了 — 由于她是上述参考设计的设计师/作者、我们需要等到星期一才能回复您提供反馈。   

    此致、
    Mike

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    您好 Le Duc,

    我已经完成了对您的电路 设计的初始分析、请参阅下面的了解我的反馈。

    1) 由于您在单电源配置中使用 OPA462、因此必须考虑输入共模限制。 目前、最小输入电压为 0.6V。 但是、OPA462 要求输入共模至少与负电源轨相差 1V(请参阅下面的)。

    因此、我将上一个放大器级的增益从 6 更改为 10。 我 将输入电阻器修改为相同的值以匹配阻抗。 我还将 OPA991 更改为 OPA992。 该器件具有更高的 IQ、但具有更高的带宽和更高的压摆率。

    3) OPA462 的输出摆幅也受限。 该器件可能与正轨摆动几伏、具体取决于输出负载(见下文)。

    如果可能、我建议将 OPA462 的电源电压增加到 180V。 这样可以在器件摆动至 160V 时提供更大的余量。

    4) 我使用的 MOSFET 与 具有分立式输出电流升压的高压放大器参考设计中的 MOSFET 相同。 该 MOSFET 的额定功率为 62W、与~13W 的仿真输出功率相比、可留出较大的余量。 MOSFET 的最小 Vgs 阈值为 3V。 100k 和 2k 的电阻分压器提供 3.5V 的设定电压。  您可以使用不同的 MOSFET、但我建议选择额定功率大于 20W 的 MOSFET。

    5) 我在电路的输出端添加了一个 2k 负载电阻。 当输出电压为 160V 时、这会允许 80mA 输出电流。 我建议使用类似于 RH0252K000FE02 的功率电阻器来帮助解决功耗问题。

    6) 如果可能、我建议使用 2.5ms 上升/下降时间。 这使得该电路能够实现更长、受控的阶跃响应。

    7) 有关 高压 PCB 布局的最佳实践、请参阅 OPA462EVM。 我建议将大容量去耦电容器用于 OPA462 电源。 OPA462EVM 用户指南 提供了物料清单 (BOM) 以及有关 OPA462 应用用途的其他详细信息。

    8) 请注意、在仿真文件中、OPA462 器件仅消耗~700mW 的功率。 该电路的输出可处理高功率耗散 (~13W)、MOSFET 的功率耗散可达 62W。

    我已附上用于分析的仿真文件。 如果您有任何问题或对所需电路的任何更改/反馈、请告诉我。

    此致、
    嘉莉

    e2e.ti.com/.../OPA462-Piezo-Drive.TSC

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    您好 Carrie、

    非常感谢您的支持。

    我们仔细审查了您提供的建议、并对我们的设计进行了一些更新、如下所述。

    1. 优化运算放大器输入范围和增益设置

      a.我们将第一级运算放大器更改为 OPA2991、因此我们可以使用额外的运算放大器通道生成 3.3V 基准电压

      B.对于第一个缓冲器/增益级、我们调整了增益和失调电压。 增益现在为 4.333、输出电压范围约为 3.42V 至 13.96V

      c.对于 OPA462 级、我们还调整了偏移量、并将增益更改为 14.7、这样最终输出电压范围约为 5V 至 160V

    2. 使用分立式输出电流升压配置

      我们决定 在原型设计中使用分立式输出电流升压配置。 我们还添加了多个配置选项、因此可以使用 OPA462 直接驱动负载 或在 启用外部 MOSFET 电流升压级的情况下测试原型。

      所选 MOSFET 为:

      • N-MOS: SiSS98DN-T1-GE3
      • P-MOS: DMP25H18DLFDE-7
    3. 对输出电流升压设计有疑问

      我们审核了您的建议设计、但我们还有几个问题:

      答:在您的设计中、我们注意到仅使用高侧 MOSFET。 但是、我们想更严格地遵循基准电路、并同时使用拉电流和灌电流升压路径、以更大限度地提高拉电流和灌电流能力。 您认为这种方法对于我们的应用是否合理?

      b.我们进一步优化了原理图和仿真文件、附在下面。 请注意、有关 MOSFET VGS 偏置电阻器网络的原理图与仿真之间存在细微差异。 在实际设计中、我们使用的 MOSFET 大约为 VGS = 2V、而仿真当前使用的 MOSFET 模型大约为 VGS = 3V。如果您能查看更新的设计和仿真并提供您的意见、我们将不胜感激。

    4. e2e.ti.com/.../Piezo-controller-v2.0-high-voltage-amplifier-simulation-_2D00_-autosave-26_2D00_05_2D00_09-15_5F00_41-_2D00_-autosave-26_2D00_05_2D00_12-08_5F00_55.TSC

    我们还有一个关于 RISO 放置的具体问题

    在我们的设计中、我们比较了两种不同的 RISO 放置方式:

    1. 将 RISO 直接放置在 OPA462 输出之后
    2. 将 RISO 放置在两个外部 MOSFET 的输出节点之后

    在仿真中、我们观察到从电源轨汲取的电流的稳定性存在显著差异、具体取决于 RISO 位置。

    您能否说明哪种 RISO 放置更适合此类分立式输出电流升压配置、原因是什么?

    再次感谢您的支持。

  • 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。

    尊敬的 Le Duc:

    感谢您的答复! 我将了解更新设计、并在 接下来的几天内给出完整的分析。

    此致、
    嘉莉