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[参考译文] TLV2186:0-70V 至4-20mA 转换器电路启动问题

Guru**** 1131400 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV2186, INA826, OPA2196, OPA2197, OPA196
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/908714/tlv2186-0-70v-to-4-20ma-converter-circuit-problem-with-startup

器件型号:TLV2186
主题中讨论的其他器件: INA826OPA2196OPA2197OPA196

大家好、

我在网上看到一个电路、将0-10V 信号转换为4-20mA 电流信号、并将其调整为0-70V。 问题在于、有时当电路连接到24V 电源轨时、弹出信号的输出完全错误。 它可以锁定到某个值(例如7mA、20mA 或0mA)、也可以从任意值开始、然后从该值开始。 下面是原理图:

https://imgur.com/a/QOptbwv

我觉得问题出在 TLV2186。 它表示最大电源电压为24V、绝对最大值为26V。 在启动时,可能会有一些尖峰经过,但效果不好? 我在 C2和 C3上放置了电容器、500pF。 它们有助于保持一致性、并将运算放大器之间的信号转换为直流信号、但启动问题仍然存在。 我还尝试在 TLV2186的电源引脚上添加一个100nF 去耦电容、但仍然没有。 我是否错过了一些明显的东西?

谢谢!

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    您好、Luis、

    • 当您打开和关闭 INA826/TLV2186电源时、INA826输入分压器是否存在高压?
    • 如果您直接从低电压电源驱动 TLV2186输入并循环使用电源、TLV2186输出是否按预期显示?
    • 请注意、INA826输出不会一直达到零伏、但会超出接地电压大约100mV 的电源轨。 如果输出被驱动到电源轨、那么每次摔到电源轨时、它都需要一段时间才能恢复。
    • 在打开和关闭电源时、请查看 INA826和 TLV2186输出以及具有 DSO 的电源线。 观察他们在做什么。 在任何情况下、TLV2186电源均不得超过26V  
    • 电路的电流输出点的负载是多少?  您期望的电压顺从范围是多少?

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、Thomas、感谢您的快速回答。

    1) 1)有时我不会、有时输入对地短路。 在运行的应用中、它连接到另一个电路、其初始电压在启动时可以是0-70V 之间的任何值。

    2) 2)没有尝试、因为我想弄清楚整个电路可能发生的情况。

    3)但没关系、因为输出介于4-20mA 之间。 4mA 与147个串联电阻为735mV、远高于其可输出的100mV。 为什么它会首先变为0? 始终有一条电流路径。 例如、当输出卡在0时、通常的"解决方案"(我不会真正称之为)是打开电流路径、对 R5短路、以便10V 放置在 TLV2186的输入端、输出变为24V。 之后、再次连接电流路径、电流达到4mA。 但是、在现场、这个过程并不是真正的选择。 在其他一些情况下、输出会被大量偏移、例如从7mA 的输出开始一直到20mA。

    4) 4)我使用的是24V LED 电源、使用 TDS 210时、我没有看到电源上出现过冲。 我确实假设、因为我使用 WAGO 连接器进行连接、当从电路连接和断开24V 时、这些问题会与这些连接器上的电缆混淆。

    5) 5)电路的当前输出点连接到万用表(用于调试)或 NX-AD4203模拟输入单元。 它具有85个输入阻抗、因此在电路上存在的147欧姆电阻中、它会达到232欧姆。 对于4到20mA 的范围、我们将讨论928mV 到4.64V。

    此致、

    Luís μ A

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    您好、Luis、

    关于您的回答:

    1) 1)有时我不会、有时输入对地短路。 在运行的应用中、它连接到另一个电路、其初始电压在启动时可以是0-70V 之间的任何值。

    在电路通电之前存在电压会在 INA826处施加电压、在电路通电后必须解决该电压问题。 在通电或达到最低工作电压之前、INA826和 TLV2186内的内部电路将从关断状态变为线性偏置状态。 电路需要一些时间才能达到线性工作点。 最好在放大器完全受电并在其工作点稳定后、使输入电压升高。

    2) 2)没有尝试、因为我想弄清楚整个电路可能发生的情况。

    我正在尝试了解是 INA826还是 TLV2186、难以相对于特定输入电平实现正确的输出电平。 在电路中仅使用 TLV2186有助于确定哪个级不会产生预期的电压输出。

    3)但没关系、因为输出介于4-20mA 之间。 4mA 与147个串联电阻为735mV、远高于其可输出的100mV。 为什么它会首先变为0? 始终有一条电流路径。 例如、当输出卡在0时、通常的"解决方案"(我不会真正称之为)是打开电流路径、对 R5短路、以便10V 放置在 TLV2186的输入端 、输出变为24V。 之后、再次连接电流路径、电流达到4mA。 但是、在现场、这个过程并不是真正的选择。 在其他一些情况下、输出会被大量偏移、例如从7mA 的输出开始一直到20mA。

    我的问题是 INA826的最小输出电压比0V 负电源轨高100mV。如果输入电压非常低、接近0V、则输出无法达到该低电平。 将输出运行到电源轨会导致饱和、并且有一段与脱离该状态相关的恢复时间。 TLV2186运算放大器具有与电源轨限制相似的输出摆幅、并且根据负载所需的电流、该输出摆幅可以比低电源轨高半伏。  

    4) 4)我使用的是24V LED 电源、使用 TDS 210时、我没有看到电源上出现过冲。 我确实假设、因为我使用 WAGO 连接器进行连接、当从电路连接和断开24V 时、这些问题会与这些连接器上的电缆混淆。

    为了正确评估"当电路连接到24V 电源轨时、弹出信号的输出完全错误"行为、需要尽可能减小变量。 我认为+10V 和+24V 电源以及施加到分压器的输入电压应同时形成。 例如、如果+10V 电源在+24V 之前出现、则可能会将 U2设置为锁存条件。 如果运算放大器在施加电源之前由于施加输入电压而锁存、则在电源关闭之前可能无法恢复。 锁存条件可能会导致输出条件不正确。 尽管现代运算放大器旨在最大限度地减小锁存器、但我不会排除这种可能性。

    5) 5)电路的当前输出点连接到万用表(用于调试)或 NX-AD4203模拟输入单元。 它具有85个输入阻抗、因此在电路上存在的147欧姆电阻中、它会达到232欧姆。 对于4到20mA 的范围、我们将讨论928mV 到4.64V。

    主要问题是4mA 至20mA 的电流路径通过负载接地、U2具有足够的线性输出电压范围。

    我对您的电路有其他想法。:

    • 如果您可以灵活地对电路进行实验、请将 TLV2186替换为 OPA2196双路运算放大器。 TLV2186是一款采用非常复杂设计的斩波运算放大器。 OPA2196使用更加传统的设计精密运算放大器、该运算放大器不依赖斩波来最大限度地减小电压偏移和漂移。 如果您需要的带宽大于 OPA2197。 您可以在以下位置找到 OPA2196数据表:  
    • 由于您的输入是单端输入、因此真正没有理由对电路的该部分使用 INA826。 诸如 OPA196的单个运算放大器可替代 INA826。 OPA196/2196是轨到轨 I/O 运算放大器。 可以将运算放大器设置为与 INA826电路具有相同增益的同相放大器。 如果您尝试解决的问题与该电路变化有关、会很有意思。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、Thomas、

    再次感谢您花时间尝试并帮助我解决此问题。

    在此调试阶段、我只需从输入端到接地端运行一根导线。 因此、在电源电压之前没有施加电压电平。 此外、10V 电压轨通过稳压器(电路中的 U3)从24V 电压轨获取。 因此、理论上、24V 出现在10V 电压轨之前、因此应在10V 可用之前为电流缓冲器供电。

    当我只有一根从输入端接地的导线时、INA826的电压输出非常接近0 (17mV)。 而且、只要电压"卡住"、它就在 R4和 TLV2186的输入之间。 它是8V 或7V、这有点奇怪。 但是、在该电阻器的另一侧(在 R4和 INA826的输出之间、电压与输入电压保持一致)。 我确实在 C1上添加了一个1uF 电容器、以查看它是否执行了任何操作、但遗憾的是、问题仍然存在。 TLV2186的输入端似乎存在泄漏、这会影响电路的 R4 - R5 - 10V 部分。

    收集的数据。 直到 R4的一切都按预期工作。 只是 TLV2186的输入实际上改变了 R4和 R5电路、并以明显的方式改变了该节点的电压、这是奇怪的、因为该特定输入没有反馈...

    我们还订购了其他三个运算放大器进行测试:

    OPA2210ID
    OPA2991IDR
    LM7322MAX/NOPB

    您认为其中的任何一项可能有助于解决问题吗? 我们的时间安排很紧、因此我们不得不订购一些运算放大器来尝试解决这个问题、我已经确定了这些似乎能够在这些条件下工作的运算放大器。

    此致、

    Luís μ A

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    您好、Luis、

    您提到的三种运算放大器模型彼此之间存在很大差异、但它们的共同点是不使用 TLV2186等斩波器技术。 您很可能会看到他们之间的不同启动行为、因此使用其中一种行为可能只会解决问题。

    请告诉我您的发现!

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程