[参考译文] OPA544：仿真与原型观察结果之间的差异

 您好 、Ponnusamy、

OPA544的输出端为10uF、运算放大器配置的电流 BW 保持在约3.3kHz。 由于10uF 的容性负载、该电路用于补偿运算放大器的稳定性、从而满足 OPA544中可用带宽的最高要求。

您是否移除了10uF 电容负载并短路了补偿电路？ 我猜电路应该正常工作(短路补偿电阻器和开路电容器)。  

您在电压振幅、输出电流和容性负载方面的输出要求是什么？ 我假设 Vout 频率为500kHz；  在 12Vdc 的顶部振幅为+/-60mV。 应用所需的最小容性负载是多少？

最棒的

Raymond

您好、Ponnusamy、

至少、它在相位稳定性分析中看起来稳定：

e2e.ti.com/.../ponnusamy_5F00_opa544_5F00_1.TSC

Kai

但该电路无法实现500kHz 的带宽：

e2e.ti.com/.../ponnusamy_5F00_opa544_5F00_2.TSC

Kai

您好、Raymond、

感谢您的分析和详细响应。

PL 让我知道如何计算电流带宽(大约3.3KHz)？

我们可以看到、我们的电路甚至在350kHz 下也能工作。 如何将设计可支持的当前带宽和最大频率关联起来？

要求10uF 负载。

>>您在电压振幅、输出电流和容性负载方面的输出要求是什么？

>>我假设 Vout 频率>500kHz；  在 12Vdc 的基础上振幅为+/-60mV。 应用所需的最小容性负载是多少？

输出电压：12V 直流+/- 50mV 峰值(交流)

输出电流：开关负载-在60mA (500uSec)和10mA (10uSec)之间切换

输出电流： 最大200mA (短暂)

容性负载：10uF

VOUT / Vin 频率范围：5kHz 至500kHz

请告诉我们以下内容：

A.我们观察到的问题的根源是什么？

B.电路修改在这里会有帮助吗？

C.是否有任何关于实现所需产出的替代执行的建议？

D.是否有其他替代器件会有帮助？

此致、

Pons

尊敬的 Kai：

感谢您的分析和响应。

我们可以使用该电路获得的最大带宽是多少？ 我们可以允许输出波形出现一些失真(例如、波形可能是三角形的、而不是正弦波输入)。

什么限制了电路的带宽？ 可以采取哪些措施来提高带宽？

此致、

Pons

您好、Ponnusamy、

A.我们观察到的问题的根源是什么？

借助 Kai 的仿真、电路的增益约为 -6dB、最高可达13-19kHz。 在300kHz 时、衰减 为-18.7dB；在500kHz 时、衰减为-23dB。 正如 Kai 指出的、电路无法支持输入信号。  

在直流模式下、它看起来也有点奇怪。  除非我看到您的12V 直流电源基准与频率间的关系、否则我无法对此进行评论。 如果12V 直流来自开关电源、那么我并不感到意外。 它看起来可能具有高达58mV 的纹波电压(在12V 直流之后、您确实具有2.9kHz LPF 滤波器)。

在交流模式下、波形看起来与直流模式相同、我猜是当进行直流模式测量(推测)时、交流输入信号可能耦合到12Vdc。  

B.电路修改在这里会有帮助吗？

如果需要10uF 电容负载、OPA544无法满足应用要求。 您需要为应用提供的最大电流是多少？ 我们需要使用高带宽功率放大器来满足要求(具体取决于您的输出电流要求)。

您的应用是什么？  如果您只想将高频交流信号耦合到12V 直流电压上、则可以采用不同的设计方法(作为替代方法)。 。

C.是否有任何关于实现所需产出的替代执行的建议？

我将需要您提供其他设计/应用信息。  

D.是否有其他替代器件会有帮助？

HS 运算放大器团队可能采用相同的运算放大器补偿方法来满足您的要求。 我们是精密运算放大器团队、我们对高带宽、高电流功率放大器的选择非常有限。 (我们的团队正在支持运算放大器的带宽< 50MHz、而 HS 运算放大器团队正在支持运算放大器的带宽> 50MHz)。  

如果您可以指定最大输出电流和电压振幅+ 10uF 容性负载@500kHz、 我们可能会推荐可能的选项。   

最棒的

Raymond

您好、Raymond、

感谢您的详细回答。

PL 查找我们的设计要求、这些要求将帮助您建议更好的器件和/或设计选项。

应用： 设计具有已知纹波(50mVp-p)的电源

>>如果您可以指定最大输出电流和电压振幅+ 10uF 容性负载@500kHz、 我们可能会推荐可能的选项。

输出电压：12V 直流、具有50mV 峰-峰值(交流)(有意)纹波

输出电流：开关负载-在60mA (500uSec)和10mA (10uSec)之间切换

输出负载电流： 最大200mA (短暂)

输出端的电容器：10uF

VOUT / Vin 频率范围：5kHz 至500kHz

请注意、我们已经在12V 基准输入端具有~160Hz 截止频率的 LPF。

PL 根据提供的输入建议可能的设计解决方案来解决此问题。

此致、

Pons

尊敬的 Pons：

应用： 设计具有已知纹波(50mVp-p)的电源

在补偿电路时、我在电容负载中做了一个拼写错误。 我将重新提交电路。  

我需要考虑这种方法并将其反馈给您。  

最棒的

Raymond  

。  

尊敬的 Pons：

您的电源应用以12V 直流电压运行、您希望在12V 直流电压之上注入5kHz 至500kHz 交流信号的已知频率和振幅。

如果您有一个耦合电感器(有间隙)在12Vdc +负载下运行、并通过耦合电感器的绕组耦合交流频率(5kHz - 500kHz)。 原理图如下所示。  

无10uF 容性负载+ 200Ω Ω：

在10uF 容性负载+ 200Ω Ω 的情况下：由于极点(与10uF 容性负载相关)、交流纹波在负载处被"过滤"。  

可以在12V 直流时将已知纹波振幅提高到500kHz、但必须显著增大发生器的输入交流电压振幅、以克服负载上的-20dB/十倍频衰减。 此外、幅值是5kHz - 500kHz 之间的一个变化、速率为-20dB/十倍频程。  

I0uf 电容器负载的阻抗随着频率的增加而显著降低。 在500kHz 时、其阻抗约为1/(2 *π* 500kHz* 10uf)= 0.032Ω Ω 或32mΩ Ω。 您将32mΩ 大型交流发生器(或功率放大器)来驱动500kHz 的阻抗(例如、60mVpk/μ s = 1.9Apk @500kHz)。   

e2e.ti.com/.../AC-Riding-on-DC-08032021.TSC

我对您的询问没有简单的解决方案、但上述方法可能起作用。 您将需要选择耦合电感器来实现这一目的、因为12V 直流将立即导致变压器饱和。 耦合电感器必须为不饱和高电流类型、假设它不会饱和至10Adc @ 500kHz (可能是基于铁氧体的磁芯)。  

在上述计算之后、HS 运算放大器团队没有满足您需求的功率放大器(我可以咨询 HS 运算放大器团队)。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

最棒的

Raymond

尊敬的 Pons：

您能否告诉我、您为什么在应用的输出端需要10uF 的容性负载？

如果设计人员使用功率放大器作为稳压器、我知道为什么需要在其输出端使用大容性负载。 但是、此类应用在设计中仅需要低带宽、因为放大器输出端的更大容性负载会显著降低运算放大器的带宽。 大容性负载在运算放大器的闭环中引入第二个低频极点、为了实现环路稳定性、必须对其进行补偿。

我昨天的答复是电力线通信(PLC)中使用的一种技术、其中交流信号耦合到电力线(直流或交流电源)、以便在配电网络中进行通信。 您的设计要求类似于特定 PLC 应用、但有一个例外、10uF 电容负载通常分配在12Vdc 稳压器的输出端或电源端或高侧。  

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/afe032.pdf?ts=1628092955704&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FAFE032

https://www.ti.com/lit/ug/sbou223/sbou223.pdf?ts=1628092976839&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

因此、我想知道为什么10uF 电容负载必须与电阻负载并联。 如我所示、如果10uf 电容负载产生的极点处于500kHz 交流信号范围内、则无法将整个5kHz-500kHz 交流频率耦合到12VDC 线路上。 它可能在较低的交流频率下工作、但它将开始衰减极点截止频率附近和以上的输入信号。 另一种查看方法是： 从戴维南电阻((powerLINE_POLICE_IMPEDANCE)||60Ω)和10uF_Capacitive 负载<< 1/500kHz 生成的 Rth * C_LOAD 时间常数、以便传递高达500kHz 的交流信号。 否则，输入信号将被输入极点“过滤”(1/(1+SC_LOAD*Rth)。   

我开始了解应用要求的困难。 即使使用高速功率放大器、除非我们了解为何需要驱动10uF 电容负载、否则这些选项也非常有限。   

如果您需要更多助手、请告诉我。  

最棒的

Raymond  

尊敬的 Pons：

这是另一个具有电容耦合的解决方案。 它可能需要进行一些微调(使电路退化)、但可能符合您的应用要求。 请告诉我。  

e2e.ti.com/.../ponnusamy_5F00_opa544-08042021.TSC

最好。

Raymond

您好、Ponnusamy、

请记住、10µF Ω 电容器在500kHz 时呈现阻抗

1/2/PI/500k/ 10µ= 32m Ω！

这看起来像是短路。 因此、向您的电路请求500kHz 带宽进入10µF μ F 电容负载实际上毫无意义。

您可以将带宽为500kHz 的电路与100pF 或1nF 的标准容性负载结合使用、然后声明该电路在容性负载高达10µF μ F 时保持稳定。 这是有道理的。 但将500kHz 的带宽后置到10µF μ F 的电容负载中毫无意义。

还请记住、TINA-TI 的交流分析通过振幅小的激励信号来计算频率响应。 因此、交流分析可能会提供良好的结果、而实际电路中的测量显示出问题。

此外、SPICE 模型专为正常和标准运行而构建、不适用于在输出端发生32mR 短路的情况下运行。 因此、在对运算放大器的输出短路时、不应期望信号失真产生正确的结果。 例如、观察到的失真可能是由于输出端的短路情况导致开环增益灾难性降低的结果。

Kai