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[参考译文] OPA4348:差分放大电路

Guru**** 1139930 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA348, OPA4348
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/871532/opa4348-differential-amplification-circuit

器件型号:OPA4348
主题中讨论的其他器件:OPA348

大家好、

我想使用放大器测量400V 电压、但该信号共模电压可能会频繁变化、请参阅下面的更新

-VG1=+/-200V、频率=5kHz
Vin=-/+200V、频率=5kHz
-VG1-Vin=400V Always (始终)
但输出具有5kHz 干扰信号。 您是否知道导致此问题的原因以及如何更改合适的放大器来解决此问题? 谢谢。  

 e2e.ti.com/.../sbom442c.tsc

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    嗯、你很显然会在 LIN 上振铃、  

    这是由于模型中反相输入 C 的较高 R 值引入了反馈极点

    您可以使用 C 对反馈 R 匹配进行调优、该反馈 R 匹配在输入端的 R 对地之间具有相同的值。  

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    LIN、

    在您的仿真中、两个输入为[0V 和+200V 电平]、而不是[-200V 和+200V]。 共模有效为+100V、输入差为+100V 和-100V。  

    目标是测量共模信号还是差分信号?

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    您好、Michael、

    感谢您在这里的帮助。 我在 V+到 GND 和 V-到 Vo 之间尝试了一个100pF 电容器。 输出仍然几乎相同。 您能否与我分享更多解决方案? 谢谢。  

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    您好、Ronald、

    我想测量 共模信号、如 VG1和 Vin 所示。 谢谢。  

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    Lin、这里可能有很多事情发生-您没有附加 TINA 文件、但这里是您的电路的一部分、仅运行反相通道-这里有几件事情。  

    1. OPA348和 OPA4348的在线型号的电源与您的电源相反,您从哪里获得了该型号? 实际上、我还在 V11库中签了一下、是的、你会看到这个具有电源极性的模型。这是一个2003模型、而不是当前的2011模型。 不确定哪一个更好、现在不会检查。  

    2.我使用了+/-2.5V 电源,如果您在 V+输入上运行0V,请注意在输出引脚上接地-它不能精确地摆动到接地。  

    3、反相运行表明、由于 R 值较高、峰值约为15dB、非常差、因此我预计会出现峰值。  

    这是我认为您正在使用的模型的网表标题、  

    因此、在任何情况下、让我们使用当前的 web 文件夹模型为 LG 相位裕度设置电路、 并在寄生效应的情况下探测输入上的反馈电压、得出大约18度的相位裕度-是的、您应该在振铃-顺便说一句、在这里添加 V+输入 CCM 以获得该结果至关重要。  

    在反馈中添加一个3pF、以匹配反相输入上的 CCM、是的效果非常好、38度相位裕度现在、无论如何、这个 LG 文件在下面、你可以使用它来获得更好的 PM、但我现在需要继续、  

    文件、我只是注意到上面的一个错误、R8应该是42.3M、不要认为它会改变太多东西、但在我的文件中进行这种更改会让人感到很重要、所以在开始调优之前进行这种更改。  

    e2e.ti.com/.../OPA348-diff-attenuator-LG.TSC

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    还有一个步骤、我采用了峰值闭环仿真、并在反馈中添加了3pF -现在看起来非常好、下面是文件和仿真

    e2e.ti.com/.../OPA348-diff-attenuator-closed-loop.TSC

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    LIN、

    此电路将测量共模输入电压(A+B)/2/100、其中 A 和 B 是两个输入电压。 增益为1/100

    这是仿真结果。

    输入始终为0V 和200V、共模为100V。 增益为1/100、输出电压为1V

    1M 电阻器应由一系列较小的电阻器组成;例如、五个200k 电阻器。  

     

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    您好、Michael、

    感谢您的解释。 很抱歉、我没有附加正确的 TINA 文件、请参阅随附的文件。 之前的模型来自 TINA 库、我使用了更新的模型。 结果如下、输出具有1mV 纹波、导致该纹波的主要原因是什么? 此外、我已经在硬件上进行了一些测试、请参阅下面的波形、  

    TINA 中的测试波形

    CH1 VG1至 GND

    CH2 V+至 DGND

    CH3 V-至 DGND

    通道4输出至 DGND

    M 通道2-通道3

    如您所见、 在硬件测试结果中、CH2-CH3 Vpp 约为254mV、这意味着 V+不等于 V-、这将导致更高的偏移电压、并使输出 Vpp 约为200mV。 我怀疑这与噪声信号频率升高时 CMRR 会降低有关。 您的意见如何?  

    如果是、您是否有其他一些运算放大器解决方案可以解决此问题? 谢谢。  

    e2e.ti.com/.../OPA4348-common-mode-simulation.TSC

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    LIN、

    输出纹波电平为3mV 和4mV。 出于所有实际目的、这两个引脚都是0V 接地。 零输出是您真正想要的吗? 我必须承认、我并不完全理解电路的目标。 数学方程式将是一个明确的答案。 我假设目标是(A+B)/2*增益、其中 A 和 B 是两个输入、而到目前为止未指定增益。

     

     

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    你好 Ronald,

    感谢您在此处的回复。 客户使用此电路来测量逆变器总线高电压、大约200-400V、AMP 参考点为浮点 GND、位于电桥中间。 当逆变器工作时、浮点 GND 将频繁变化、这就是我要对此电路进行仿真的原因。 仿真结果可能与我们在客户系统中测试的结果不一致、因此我可能需要我们团队的帮助来了解原因。 谢谢。  

    BR、

    查尔斯  

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    尊敬的 Lin:

    在您的上一个 TSC 文件中、至少有两个工程图错误。 您的所有帖子都很难(读不出)解密...

    您能否显示原始原理图? 是否可以用两句以上的句子来描述这个问题?

    Kai

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    大家好、

    感谢您在这里的所有帮助。 客户无法与我分享原理图、因此我绘制了下面的原理图。 它们使用下面的电路来测量大约400V 的高电压、当发生故障时、例如 B+对地短路、V+不等于 V-、请参阅下面的波形。 客户想知道主要原因、我猜这是否与 CMRR 相关? Hoa 是否表达了您的意见?  

    现在我还不清楚谁应该负责这个线程? 谢谢。  

    CH1 B+至 GND

    CH2 V+至 DGND

    CH3 V-至 DGND

    通道4输出至 DGND

    M 通道2-通道3

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    LIN、

    假设42.3M Ω 电阻器和6pF 共模输入电容的截止频率为627Hz。 如果您确实希望差分放大器与5kHz 载波配合使用、请将电路频率设为中性点。 即使如此、CMRR 也会受到限制、这主要是由于电阻器的匹配。 如果添加电容器、则其匹配也会影响 CMRR。    

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    尊敬的 Ron:

    谢谢。 您知道 吗?当电阻器的匹配高于或低于电阻器时、对 CMRR 的影响是什么? 如果您能与我分享一些计算公式、我将不胜感激?  

    BR、

    CL

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    尊敬的 Lin:

    首先、请注意、当您用探针接触电路的 V-引脚时、您的测量会变得不切实际、因为这是 OPAMP 的反相输入、并且增加探针电容会导致振铃甚至不稳定。 或者换句话说、通过探测、您甚至可以增大差分放大器的不平衡。 这可能是"M"曲线看起来如此尖的原因。

    因此、无法在简单的单运算放大器差分放大器拓扑之间实现理想的平衡。 您需要采用3 OPAMP 拓扑。 只有这种拓扑会产生相等的输入阻抗。 但即使这样、制造公差、温度漂移和长期漂移也会破坏对称性。 根据经验、使用1%电阻可提供不优于40dB 的共模抑制。 0.1%电阻器的输出大约为60dB。 由于长期漂移、尝试实现更多目标并不现实、即使不进行仔细的调整。 正如 Michael 已经提到的、平衡输入滤波电容器也很关键。

    下一个问题是 OPAMP 本身的共模抑制。 数据表的图2显示了共模抑制与频率间的关系。 可以看出、在较高的频率下、共模抑制显著降低。 这意味着、即使是外部组件的完美匹配也不再有用。

    我想、真正的问题是、您希望抑制掉整个 Y 电容器上的共模噪声。 这种共模噪声可能直接来自地狱、没有任何带宽限制和振幅限制。 从突发 ESD 到偶数浪涌的所有因素都将出现下降。 我不认为运算放大器电路能够正确地抑制这种情况。 OPA4348的运行速度对于该任务来说甚至太慢。

    我建议使用隔离放大器、将方案的"脏"GND 连接到输入侧、将"干净"DGND 连接到输出侧。

    Kai

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    尊敬的 Lin:

    您对使用隔离放大器有何看法?

    Kai

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    LIN、

    我也喜欢 Kai 关于隔离放大器的想法。 隔离非常适合共模抑制。

     

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    尊敬的 Lin,您可以尝试修改随附.e2e.ti.com/.../high-side-sensing.TSC 的 TINA 文件中显示的高侧低成本电流感应方法

    对于上述电路,您需要使用具有足够高 VCE 的晶体管。

    开关信号的压摆率是多少? 即转换期间从-200到+200需要多长时间。

    此数字将帮助我们了解您的运算放大器电路可能需要哪种类型的 CMRR。

    对于直流共模电压,CMRR 与电阻容差如下所示。