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[参考译文] XTR111EVM:高环境温度下的4-20mA精度问题(>+65C)

Guru**** 2540720 points
Other Parts Discussed in Thread: XTR111, OPA333, XTR111-2EVM

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/592417/xtr111evm-4-20ma-accuracy-issue-at-high-ambient-temperature-65c

部件号:XTR111EVM

您好,先生,

附加的SCH显示了我们的4-20mA转换电路 ,它是我们设计中电路的一部分。 基本上,我们使用了用于XTR111的TI评估板设计。

当环境温度在 -40C至+60C之间时,此电路的4-20mA精确度符合我们的要求。

但是,当温度上升超过+65C时,如果输入电压低于2V,4-20mA输出电流超出我们的规格(< 2.5 %)。

可在其他附加文件中找到精确度比较。

我们测量了R226的电压(如所附的SCH所示),与+22C时的电压值相比,该电压变化不大(小于0.5 %)。

看起来通过Q8 B极和E极的电流在+85C时显著增加,因此4-20mA输出电流准确度严重降低。  

由于我们使用了TI的评估设计,TI的工程师中是否有任何一位知道此问题? 是否有任何改进建议?

谢谢

陈永健

e2e.ti.com/.../4_2D00_20ma-accuracy-comparison.pdf

e2e.ti.com/.../4_2D00_20mA-circuit.pdf

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    您好,William:

    我只想告诉您我们正在调查此问题。 这不是我以前见过的,但是考虑到XTR111的温度最高可达85C,我怀疑其中一个外部晶体管是造成这种情况的原因。 我将测试我们的评估模块,看看我是否可以产生类似的结果。 我有更多信息要分享时,我会尽快回复您。

    此致,

    Zak Kaye

    精密放大器应用

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    谢谢你Zak!

    我在等待您的好消息:)

    此致,

    陈永健

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    您好,William:

    我已经购买了一台XTR111EVM,并打算立即开始测试。 请您澄清一下有关您的设置的一些事项:

    1)您是如何控制温度的? 您的整个主板是否受到温度升高的影响,或者您是否能够隔离XTR?

    2)如何计算精确度? 数据的形状表明您的错误未引用满刻度的输出值。

    3)您是否已探测OPA333的输出? 由于器件输出阻抗的特性,它可能难以驱动100Ohm + 1uF的电容负载。 您是否将放大器配置为缓冲器?

    此致,
    Zak Kaye
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    您好,Zak,

    1)我的整个板被放在温度室中,并完全加热。 但是,我已确认精度问题仅与XTR111的Vin至250欧姆负载阻抗电路有关。 因此,我通过移除R229和R245的电阻器来断开OPA333的连接。 可调直流电压电源,直接在XTR111的输入电压上注入电压。 直流电压从0V调节到3.29V。 因此,精度问题与PWM至电压转换电路无关。 为了减少负载电阻变化的影响,我将250欧姆负载电阻器置于温度室外。

    2)是的,我给您的曲线没有参考满刻度的输出值。 将4-20mA输出与通过施加在Vin上的相同直流电压生成的计算理想值进行比较。 我们将此精确度称为"相对精确度"。
    我使用满刻度精度来评估4-20mA转换,也基于5V满刻度。 在-40C至+85C的整个温度范围内,满刻度精度为< 1.5 %。 我们需要的设计规格是< 2.5 %。 满刻度精度足以满足设计规格。

    3)是的,OPA333被配置为缓冲区。 但是,正如我在前面提到的,OPA333已断开与我的精度测试的连接。

    4)您的意思是我们必须使用满刻度精度吗?

    谢谢!

    陈永健

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    William,

    对于工业应用,您几乎总是能看到以全刻度精度指定的内容。 它通常比相对精度更有用。 但是,我已经在我们的XTR111-2EVM上进行了自己的温度测试,即使在85C时,我也没有在整个输入范围内观察到高于0.5 % 的输出电流中存在任何相对误差。 在您的数据中,您可以看出,即使在85C时,通过R226的电流仍然非常准确。 这使我相信您看到的是通过保护电路(原理图中的D14,TVS1和TVS2)的漏电流增加。 作为快速测试,您可以尝试在拆下这些组件的情况下进行温度测试,并查看是否仍观察到重大错误。 如果这样可以解决问题,那么我建议使用低泄漏组件,例如我们的EVM中使用的组件。  

    最佳,

    Zak Kaye

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    您好,Zak,

    非常感谢您的帮助!

    我通过删除D14和D16重新测试了我们的设计。 你是对的! 高温下的相对精度问题已消失!

    所附图表中的红色曲线显示了去除保护肖特基二极管后的相对精度。

    现在是解决这个问题的时候了。 原因我使用与TI评估板上使用的相同类型的肖特基二极管SS16-E3/5AT。

    但是,我有一些问题:

    (1)为什么要使用 肖特基二极管? 我们可以使用普通硅二极管吗?  

    (2) TI的XTR111评估板没有连接在4-20mA回路中的二极管。 因此,如果4-20mA负载上出现高电压,则需要一个保护二极管来防止4-20mA电路损坏。 但是,在我们的设计中,我们在4-20mA输出回路中有1n4148 (D15和D17),这会阻止4-20mA负载上可能出现的高电压,从而损坏内部MOSFET和4-20mA IC。 我们还需要肖特基二极管D14和D16保护吗?

    有一个很好的,

    威廉

    e2e.ti.com/.../Root-cause-of-4_2D00_20mA-accuracy-issue-at-High-T.pdf

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    您好,William:

    1)您不必使用肖特基二极管,但您通常会看到使用它们的几个原因:它们具有较低的正向电压,随着电流的增加保持相对稳定,从而确保输出不会显著超过电源。 它们的电容更低,能够对瞬变作出更快的响应。 但是,它们通常具有较大的泄漏电流,并且在电流回路中,如您所见,这可能会导致超出可接受范围的错误。

    2)这最终取决于您期望看到的内容以及您想要防范的内容。 肖特基电源的优点是它可以夹紧电源导轨上的任何过电压,从而防止XTR损坏并限制对周围组件的应力。 但是,使用肖特基的有效性取决于在过压条件下,电源是否能够吸收流经二极管的电流。 否则,您的电源电压将上升,如果上升超过44伏的绝对最大值,则可能会比有益的更有害。 另外需要记住的一点是,D15和D17之间的压降会增加合规电压,因此在考虑负载和线电阻后,请确保您有足够的空间来保持调节。

    最佳,
    Zak Kaye
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    非常感谢,Zak!
    我已经得到了解决此问题所需的所有答案。

    此致,

    陈永健