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[参考译文] TLV9102:驱动真正的大容量

Guru**** 633810 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, TLV9102, TLV9152, REF3425-EP, OPA2350, OPA350, OPA2328, OPA2613, LM8272
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/1084403/tlv9102-driving-really-large-capacitances

部件号:TLV9102
在“线程”中讨论的其它部件:TINA-TITLV9152REF3425-EPOPA2350OPA350OPA2328OPA2613LM8272

如果使用该 OP 驱动真正 大的电容,该 OP 的行为是什么? 我的 µF 是10 ̊ C (甚至更大)。 如果 OP 输出和电容器之间有一个0.2欧姆的隔离电阻,我将获得2 µs 的 RC 时间常数。 加载或卸载 RC 组合的这一时间常数将大于过载恢复时间,在数据表中列出,600 ns = 0.6 µs。 OP 将用作1:1电压随动件(增益=+1)。

因此,我希望该 OP 将达到饱和,从而驱动最大可能的输出电流,电容器的电压将达到所需的方向。
然后,如果电容器的电压接近最终值,OP 的输入引脚之间的电压差将减小,OP 将脱离饱和状态,从而降低输出电流。 现在,OP 将根据残余电压差调节输出电流,输出信号将在额定输出电压下稳定,不会振铃。

这一假设是否正确?

或者,是否有任何其他影响导致 OP 开始振铃,而振铃从未结束?

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    用户好,

    巨大的电容负载将破坏 OPAMP 的稳定性。 °极小的相位边距仅为5 μ m:

    e2e.ti.com/.../user_5F00_tlv9102.TSC

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    凯再次打败了我的答案! 哈哈哈

    您好,user1505382,

    Kai 正确。 这一10uF 将破坏运算放大器的稳定。 Kai 所展示的是我们如何在 TINA-TI 中运行稳定性分析,这使我们能够更好地设计能够执行所需输出的电路! 从某种意义上讲,这让我们在理论上不必通过观察瞬态域来猜测发生了什么。  

    如果您想了解有关稳定性和如何运行稳定性分析的更多信息,请观看 TI 精密实验室关于 运算放大器稳定性的视频。  

    此致,

    罗伯特·克利夫顿  

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    很抱歉,罗伯特

    可以通过使用双反馈方法将隔离电阻器增加一个位,并以高于单位的增益运行 TLV9102来改善相位裕度:

    e2e.ti.com/.../user_5F00_tlv9102_5F00_1.TSC

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    感谢您的回答(第二位放大器大师立即确认了答案)。

    您的解释似乎是任何 OP 的标准行为,即通常预期会有这种行为。 如果输出电容增加,大多数 OP 将变得越来越不稳定。

    但是,我的问题超越了这种行为。

    我没有讨论此放大器的正常线性操作模式。 我的问题是,该 OP 在饱和期间的行为以及饱和恢复时间的速度。

    据我了解,任何 OP 都应该有另一条曲线,这条曲线只对真正大的电容有效。 如果输出电容非常大,则 OP 的输出阶段将变为饱和,因此在信号斜率期间不会振铃。 在此期间,隔离电阻器上的电压将保持恒定降。 由于 OP 的输出电流有限,OP 输出处的电压(即隔离电阻器输入处的电压)将低于 OP 的+in 处的电压。 è 这就是饱和的原因。

    然后,如果电容中的电压接近最终电压,隔离电阻器中的电流将会下降。 因此,隔离电阻器输入处的电压将不再由电容器中的电压和 OP 的最大输出电流所强制。 此时,OP 输出和隔离电阻器输入之间的电压将稳定在电容的额定设置电压下。 对于用作电压随动器的 OP,–Input 的信号也将达到额定电压值。

    现在,应该有这样一个问题:这两种可能性中的哪一种可能会更快?

    饱和电流持续时间更长,电容处的电压将加载到高于指令要求的电压,从而导致 OP 的反向输出电压和一些断电电流,该 OP 将开始振铃。

    或者,如果 OP 从饱和状态恢复得更快,则降低输出电压并将信号稳定到指令输出电压,而不会振铃。

    到目前为止,据我所知,这种关系是:

    输出滤波器的时间常数= RC (R_ISO x C_LOAD)>饱和度恢复时间    ==>  这将导致系统稳定。

    饱和度恢复时间> R_ISO x C_LOAD ==>  这将导致系统不稳定,因为 OP 将使电容器向上,向下,向上和…超速

    迄今为止,存在以下问题:

    1. 我对系统行为的期望有什么问题?
    2. 为什么在您的模拟中看不到这种行为?
    3. TLV9152S 的饱和恢复时间是多少
      过载恢复时间在数据表第12页上列出为0.4 µs (但在其他一些测试条件下)。
    4. µs 0.2欧姆和10 µF (Tau = RC = 2 µs)的组合不会产生稳定的功能,我能否通过将电容增加2因子(即0.2欧姆和20 µF = 4)来获得稳定的行为 (=所述过载恢复时间的10倍)。

    很明显,在这种误用下,放大器将无法与指定的 GBW 配合使用,因为它将主要由饱和行为控制。 但只需调整一个稳定的参考电压…。  (开机后或启动启用模式后只需一个稳定。)

     

    关于所述的 GBW,我希望这适用于由 R_ISO x I_OUT _max 提供的非常有限的电压范围 在我的示例中,0.2欧姆 x 50 mA (典型值为75 mA)= 10 mV。 这也应该足够,因为我没有预料到,我的参考电压会显示更大的波动。

     

    现在,我要再次等待您的回答,因为即使是这种奇怪的应用程序,对您来说也不应该是真正的新应用程序。

     

    此致

    Hans-Ludwig

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    古腾·阿布德·汉斯-路德维格,

    正如我所提到的,电路不稳定。 因此,当非饱和以及驱动进入光和中饱和度时,它将会振荡:

    只有在驱动到硬饱和状态时,输出才不会振荡:

    e2e.ti.com/.../user_5F00_tlv9102_5F00_2.TSC

    但是,只有硬饱和驱动到硬饱和的电路有什么好处? 这就像一辆全速驾驶汽车进入前墙和后墙一样。 嗯,这不是普通汽车的设计目的

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    古腾·阿布德·凯,

    感谢您的分析和模拟。

    我需要考虑一段时间。

    只是为了回答你的最后一个陈述,即你与汽车的类比。  
    你是对的,这不是我愿意建造的。

    我更感兴趣的是:
    车速不是太快,但可以通过踩下加速器踏板达到极限以全加速(或全速)行驶。 (与运算放大器一样,能够承受无限时间的饱和。 这在 TLV9152的 ABS.Max.Ratings 中说明。]
    在这种情况下,我希望能在最短的时间内接近我的目的地。 [= OP 提供最大输出电流以加载大电容的时间间隔]
    然后,在当地目的地,汽车应全速驶出,并应缓慢接近目标目的地,但由于重型负载的小型马达而导致的短时间加速会受到限制。
    [这种情况应该发生在 R_ISO x I_OUT _max 的小电压范围内,其中 OP 只能看到与隔离电阻器的连接处的电压,而不是该电阻器后面的电容器。]

     

    我对这一事实有点担心,我至少知道一些其他放大器(好吧。 我必须同意,这些产品是由其他制造商生产的),它们的工作方式与我所描述的一样(甚至在他们的数据表中记录)。 我试图泛泛化这种行为(相对控制器 RC 和饱和恢复时间),但根据您的陈述,这似乎只是一些行为非常好的运算放大器。
    或者——只是我的另一个想法,可能是这种行为可以被普遍化,但“饱和恢复时间”的定义和测量程序可能在 OPS 的不同制造商之间有很大的不同。 对于“饱和恢复时间”的任何其他定义,离开“饱和恢复时间”后的行为可能不同。

     

    只需一个简短的附加问题,或者为您轻松完成任务。
    如果您在模拟中将电容器的值增加10和/或100,会发生什么情况?
    如果我对运算放大器的物理行为的理解是正确的,那么应该有一个电容器的大小,放大器除了工作稳定之外别无选择。 它需要更长的时间来稳定,但不应显示任何振铃。 这种较长的 RC 常数将补偿“饱和恢复时间”定义中的任何可能差异。

    此致

    Hans-Ludwig

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    大家好,Hans-Ludwig,

    Kai 实际上附加了模拟文件,以方便您使用!  但我继续进行模拟,以10倍的系数进行。 输入信号为2V 峰值:  

    输入信号为7V 峰值:

    现在,仅仅因为信号没有过冲或摆动,并不意味着这个运算放大器是“稳定”的。 除非设计三角形波发生器, 否则大多数人都不希望信号输出失真。  

    此致,

    罗伯特·克利夫顿  

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    你好,罗伯特,

    您的模拟看起来非常好。

    不,我不打算构建三角形波发生器,我只想缓冲2.5电压基准的输出电压,用作多个 ADC 的参考电压,也用作这些 ADC 的电源电压 (在此双路运算放大器中使用2个独立的放大器)。

    因此,我有兴趣根据2.5 V 的上升输入信号(在打开参考电压的电源和该 OP 的电源之后)计算此放大器的输出电压(实际上只有一个)。 没有计划电压步长为2 V_pp 或7 V_pp。

    接通电源后,我希望输出电压保持稳定,即使电容器的电流在10 mA 和30 mA 之间变化。 这些变化电流的边缘将被大存储电容阻尼。 在最坏的情况下,电容器的压降将小于4 mV。 0.2欧姆隔离电阻器输出的4 mV 会导致通过该隔离电阻器的电流变化20 mA (即此放大器的输出电流将跟随负载电流,电容器会进行低通滤波, 并且将像负载所需的电流一样从10 mA 缓慢变化到30 mA)。 最大电流 30 mA 显著低于指定为80 mA (典型)的 OP 最大输出电流。 因此,我希望《任择议定书》反应相当缓慢,但它应该保持稳定。

    因此,要最终完成这一模拟,如果您可以将2.5 V 的固定电压作为+输入,并且输出负载的变化缓慢且电压差非常有限,则这将是很好的。

     

    这真的是一个很好的应用程序。 这将导致设计只使用非常小的面积(WSON 外壳,2个放大器为2.00毫米 x 2,00毫米; 对于作为电压随动器的应用,不需要外部反馈电阻器[此外,进出是相邻的触点],也不需要 R_g),我将有两个稳定电压,这不会影响电压参考,因为这些放大器的共模输入阻抗为6太欧姆。  

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    其他信息:

    REF3425-EP 等典型电压参考需要更多的空间,并且只能提供一个高达10 mA 的输出电流。

    我的设计如上所述,我将获得2个附加输出,每个输出高达80 mA。

    此致

    Hans-Ludwig

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    Hallo Hans-Ludwig,

    您可以使用 OPA2350并使用双反馈方法实现所有这些:

    e2e.ti.com/.../user_5F00_tlv9102_5F00_3.TSC

    e2e.ti.com/.../user_5F00_tlv9102_5F00_4.TSC

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    哈洛·凯

    现在你的提议非常接近我的要求。

    但是,OPA2350最小的外壳比 TLV9102大得多。

    MSOP (8)中的 OPA2350的标称主体尺寸= 3,00毫米 x 3,00毫米,但使用挤压支脚,印刷配线板上所需的空间为3,20毫米 X 6,0毫米= 19,20 mm²(如 DGK 外壳的陆地图案数据所提供)。

    WSON (8)中的 TLV9102的标称主体尺寸= 2,00毫米 x 2,00毫米,且无拉伸支脚,因此印刷配线板上的请求空间仅为2,2毫米 x 2,5毫米= 5,50 mm²。

    您可以看到,OPA2350需要大约3.5倍于小型 TLV9102的空间。

    除此之外,OPA2350似乎需要在其反馈环路中增加一些组件(一个电阻器和一个电容器)以提供稳定的信号。 这些部件可能是必要的,因为数据表的图21 (OPA350,OPA2350 ...)表明,该 OP 将为电容值大于10 nF 的电容值提供不增加的过冲,但并未显示任何下降。
    这些附加部件(即使是0402尺寸的小部件)也需要一些额外的空间。

    OPA2350网站上提到的另一个部分可能显示出一些改进,即 OPA2328,其数据表在图6-22中显示了电容值接近1 nF (增益=+1,即作为电压缓冲器运行)时的电容值的一些下降过冲。
    这款 OP 还可用于更小的外壳。 WSON (8),带3,00毫米 x 3,00毫米(无外腿)。 但在将来的某些时候,此选项将可用,信息仅为初始设备,第一个原型安装在 VSSOP (8)中,带有外部支脚。

     

    我还发现了 TI 的另一款放大器,它似乎与我的设计“几乎”吻合:OPA2613。
    数据表中的图(第9页左下角)显示了一个不断下降的隔离电阻器,用于增加电容负载的幅度大于20 pf。 然而,这一阴谋在1 nF 时停止。 电容为1 µF 至10 µF 时,请求的隔离电阻器可能明显低于1欧姆。

    但是,该部件甚至更大:SOIC 外壳为4,9mm x 6,0 mm,PWB 上有必要的空间为5,1 mm x 7,1 mm,它需要相当多的静态电流:9,4 mA。
    因此,这部分也不能使用。

    此致,

    Hans-Ludwig

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    大家好,Hans-Ludwig,

    如果不是为了满足封装尺寸要求,我会推荐 LM8272,它具有独特的拓扑结构,能够处理驱动大型电容器的问题,并具有最小的外部反馈电路。 我知道你想要一个 WSON,但 VSSOP (4.9mm x 3mm )是否足够小的外壳?  

    与包装较小的其它设备相比,它的优势可能是不需要所需的外部电路来驱动电容器。  

    此致,

    罗伯特·克利夫顿  

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    谢谢大家,我学到了很多。

    我必须重新考虑一下我的设计。

    此致

    H.L Reischmann

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    Viel Glück ö r, Hans-Ludwig