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[参考译文] OPA548：电流输出桥驱动的环路稳定性分析

admin
Guru**** 2511915 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA548

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/1064022/opa548-loop-stability-analysis-of-current-out-bridge-drive

器件型号：OPA548

大家好、 团队成员

我想使用 OPA548构建 Howland 电流源、原理图如下所示。 在应用中、负载是线圈、 R8和 L1是其等效电路模型、R8为5 Ω、L1为150mH

下面是我的一些问题、  

如何 使用 TINA-SPICE 分析电路的环路稳定性？

  该电路由两个典型的子电路组成、改进的 Howland 电流源和反相放大器、现在我只单独分析这两个子电路的环路稳定性、这是否合理？ 是否有任何其他方法来分析此电路的环路稳定性？

Howland 电路的环路稳定性仿真

  仿真电路和结果如下所示、  应用中输入信号的频率为1Hz、结果看起来不错、相位裕度足够。

        

反相电路的环路稳定性仿真

  对于该反相放大器、负载是一个与电感器串联的电阻器、环路仿真结果看起来很糟糕、相位裕度为负342度？  我的仿真电路是否有问题？ 如何补偿该电路、以使其在负载为电感时保持稳定？   我已经尝试将一些电容器或 RC 并联到反馈电阻器、但它没有解决。

  但很奇怪、小信号瞬态响应仿真结果看起来不错、参考右下波形、输入信号是1Hz/10mV 脉冲信号、  屏幕截图中的信号是从上至下的输出电流、输出电压和输入电压。  它与环路稳定性分析复杂、从瞬态响应仿真中可以看出电路是稳定的、  我不明白为什么、您能提供帮助吗？

        

最后、附上相关的 TINA-SPICE schamatic。

 e2e.ti.com/.../loop-stability-simulaiton-of-OPA548-howland-circuit.TSCe2e.ti.com/.../Current_2D00_out-Bridge-drive-with-OPA548.TSCe2e.ti.com/.../loop-stability-analysis-with-OPA548-inverting-amplifier.TSC

感谢你的帮助。

祝你一切顺利。

陈采妮

  • 0
    TI__Guru**** 2511915 points
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    您好 Charlie、

    让我更深入地了解一下您的 OPA548反相放大器级以及您获得的奇数、高负相位裕度。 让我们看看我是否得到相同的结果 或不同的结果。 我有理由相信、需要同时对电路中的两个放大器级进行稳定性分析、因此 可能需要进行更多分析。

    我们即将在美国度假、目前人手不足。 我不能确切地确定我们何时能够为您提供更多的响应。

    此致、Thomas

    精密放大器  

  • 0
    TI__Guru**** 2511915 points
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    大家好、Thomas

    不用着急，您可以在假期后帮助我解决这个问题。

    圣诞节快乐、新年快乐！

    Charlie

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    TI__Guru**** 2511915 points
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    您好、Charlie、

    我执行了稳定性分析。  当断开环路时、我确保将两个放大器都连接在电路中、并分析每个放大器上的相位裕度、每次断开一个放大器上的环路。  第一级(Howland 电路)在89度相位裕度下保持稳定。 第二个反相级具有边缘、相位裕度较低、大约为~30度的相位裕度。   因此、我在第二级的反馈上添加了一个反馈电容器、以将稳定性提高到~45度的相位裕度。  

    请参阅下面的仿真文件。  

    Howland 电路的第一级具有88度的相位裕度：

    修改后的反相级、添加了一个39pF 的小型反馈电容器、具有44度的相位裕度：

    TINA 文件：

    e2e.ti.com/.../6354.check_5F00_OPA548_5F00_modified.zip

    谢谢、此致、

    Luis

  • 0
    TI__Guru**** 2511915 points
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    您好、Charlie、

    第二个 OPAMP 的相位裕度有点太小。 26°相位裕度会导致不稳定：

    e2e.ti.com/.../chen_5F00_opa548_5F00_1.TSC

    我想作以下修改：

    另一方面、第一个运算放大器是稳定且没有问题的：

    e2e.ti.com/.../chen_5F00_opa548.TSC

    我还仿真了线圈绕组间电容的影响。 如仿真所示、任何绕组间电容都不会影响稳定性

    Kai

  • 0
    TI__Guru**** 2511915 points
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    谢谢 Kai、

    Charlie、如果您有其他问题、请告知我们。

    此致、

    Luis

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    TI__Guru**** 2511915 points
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    您好、Luis 和 Kai

    非常感谢您的帮助。 您帮助我解决不稳定问题、 我还学习了如何打破电路以模拟环路稳定性。

    但在您的仿真中、我还有一个关于如何读取相补角的问题。

    根据 Luis 的仿真结果、我注意到相位的 Y 轴如果从零到-180、 则可能是滞后相位、因此相位裕度计算为"滞后相位-(-180)。  但根据 Kai 的仿真结果、相位的 Y 轴标度为180度至0度、这是相位裕度、因此可以直接读取相位裕度。  

    这是令人困惑的、 为什么同一仿真方法有两个不同的仿真结果、我的意思是 Y 轴标度。 也许它有与 TINA-SPICE itselt 相关的东西？

    谢谢。

  • 0
    TI__Guru**** 2511915 points
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    您好、Chen、

    Luis 只是颠倒了电压表

    Kai

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    TI__Guru**** 2511915 points
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    您好、Chen、

    我不认为仪表极性是一个问题。

    一般放大器稳定性标准、在查看相位裕度和断开环路时、关键是在 环路增益相位图中监测相移变化或相位差、并确保相位随频率的变化小于180度。  换言之，您需要绘制从低频开始的环路增益相位，并计算从低频到 Aol*Beta (环路增益)= 0dB 频率(FCL)的差值或相移变化。   实际情况是、根据电路配置、相位图可从+180度或0度开始、具体取决于电路。 但是、如果您遵循适当的程序并监控不同频率下的相移变化、这不是一个问题。

    在我的示例中、环路增益相位从0度时的100毫赫(低频、接近直流)开始、并以负- 91度的频率( FCL)进行变化、其中 AOL* Beta (环路增益)= 0dB。  相位的总变化为91度、因此相位裕度的计算公式为180 - 91度= 89度。 当然、如果您反转仪表、起始相位极性会发生变化。 不过、如果您监控从低频到 FCL 频率的相位变化、您可以轻松计算出相位裕度的正确结果。

     请参阅以下 Tim Green 介绍的稳定性标准定义、其中它们指的是相 移或相移的变化：

    此致、

    Luis

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    TI__Guru**** 2511915 points
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    您好、Luis 和 Kai

    我现在完全理解、感谢您的帮助。 我的问题已成功重新发送。

    祝你一切顺利。

    Charlie