[参考译文] OPA564：如何使用 OPA564仿真 Howland 电流源的稳定性

您好、Yi、

您是否观看过这些 TI 稳定性学习视频的整个系列？

Kai

Kai、我完成了10.7实验以外的测试。 没有关于 HOWLAND 电路仿真的信息、因此我在这里发布了 quesitons。

顺便说一下、我还回顾了控制系统教科书的基本知识、关键是将电路转换为方框图(或信号流图)、并对环路增益的传递函数进行降额、然后使用环路增益的波特图来计算相位裕度。 这是任何稳定性问题的基本和经典方法。

我的问题是有关 TINA 仿真实现、如何在仿真中使用 L 和 C 来正确地"断开" Howland 电流源电路的闭环。  

谢谢。

实际上、我们可以直接使用(如视频10.4所教授) 使用过冲或增益峰值来获得相位裕度、但我们更喜欢经典波特图方法。

您好、Yi、

改进后的 Howland 电流泵的稳定性分析 涉及很多因素、并且比 简单的电压放大器级更难进行稳定性分析。 这是因为泵依赖于两个反馈路径：一个涉及负反馈、另一个涉及正反馈。 即使是纯阻性负载、也需要仔细设计以确保稳定性。 只有当电流泵驱动复杂负载(R+/-JX)时、稳定度才会变得更有问题、并且通常会变得更困难。

我们之前的精密放大器团队成员之一致力于了解 改进型 Howland 电流泵电路的稳定性分析、并提供了一种方法。 示例功率运算放大器电路正在驱动复杂的阻抗负载、这与您要执行的操作类似。 我附上 了他几年前整理的 TI 培训演示中的幻灯片。   幻灯片中提供了用于分析稳定性的过程。 我没有任何超出幻灯片中内容的信息、因为这些信息  是实时呈现的。 希望有足够的细节来帮助您完成分析。

此致、Thomas

精密放大器应用工程

e2e.ti.com/.../Improved-Howland-Current-Pump-Stability_5F00_01.pdf

您好、Yi、

您能否展示您的电路原理图？ 或者、您是否已经有 TINA-TI 仿真文件？

Kai

在设计我自己的修改型 Howland 电流源(在我甚至知道它被称为什么之前)时、我发现它很有用、方法是对输出执行扫描、以查看外部电路的阻抗是多少、 2)将瞬态电压驱动到输出中以查看响应。  不稳定性会出现在那里。

根据您使用的值、务必小心公差累积。  将(网络)负反馈放大器变为正反馈放大器太容易了。  提高电阻器精度有助于增加一些余量、以便从理想的无限输出阻抗返回到标称设计值。

您好、Yi、

仅举一个示例：

e2e.ti.com/.../yi_5F00_opa548.TSC

这里是相补角：

e2e.ti.com/.../yi_5F00_opa548_5F00_1.TSC

Kai

您好、Kai、感谢您为我展示了一个示例。

我对 TINA 文件进行了一些仿真，得到了良好的相位裕度，但瞬态响应(方波)很差，然后我的工作计算机崩溃了:(  

因此、我将重新创建我的 PC、并在明天发布我的 TINA 文件和波特图。 除了 RC 值和电源电压、我使用的数字低于以下、我的 SCH 与您的 SCH 结构相同、仅供您参考。

(1) U1我使用 OPA564、且+/-vs =+/- 10V

(2) VG1 (R7左引脚上的输入正弦波)= 1.25V*sin (2 *π* f*t)，f_max=500Hz

(3) R2=R7=100k、R3=R1=3.3K、 C1=4.7nF、R9=0、R6=0.15 Ω、

(4)我再次检查了电机线圈技术规格：L1 = 4.1mH 和 R8=8.5欧姆(很抱歉，值不准确)，线圈电流应该小于0.5A，线圈两端子的电压应该小于4.5V。 这意味着我将需要测量 R6的两个引脚上的电压和 R8中的电流。  我没有在仿真中使用 C2。

您的所有图都 非常好，请问您如何计算/调整 C1和 R9？ TI 应用手册(http://www.ti.com/lit/an/snoa474a/snoa474a.pdf)似乎根本不使用 R9。如何选择 C2？ 谢谢。

我也会很快构建基准测试。

非常感谢！

您好 Kai、这是我的更新。 已附加 TR 和 AC 仿真 TINA 文件。  和电机线圈规格。

e2e.ti.com/.../xy_2D00_TR.TSC

e2e.ti.com/.../xy_2D00_AC.TSC

通过交流分析、我们可以看到相补角足够好

500Hz 正弦波的瞬态响应也很好，但线圈上的 Vpp 电压(SCH 中的 Vout-load 节点)约为10Vpp，然而，基准测试实际波形约为18Vpp，这是令人困惑的。 这远远超出了电机规格、我担心会损坏线圈

对于仿真和基准测试、当前的 IPP 几乎是相同的。

3.方波的瞬态响应在仿真中非常糟糕，请与您的图相比较。

顺便说一下、两个 OPA564变得非常热、在我将散热器连接到顶部焊盘后、散热器的温度大约为50°C

我想听取你的评论，再次感谢。

您好、Yi、

明天就看一下

Kai

好的、根据测量的波形、输出正弦波现在看起来稳定、所以我可以等待、没有匆忙。

我还注意到您回复了我的另一篇与 THS4032相关的帖子、再次感谢您的帮助。   

您好、Yi、

您是否考虑过使用特殊步进电机驱动器？

Kai

尊敬的 Kai：

我们在4D 超声波探头驱动系统中使用此电机驱动电路。

是的、在我们的项目的早期阶段、我们确实考虑并比较了 TI 的 DRV88xx 系列等 PWM 驱动器与线性驱动解决方案、 但我们担心 PWM 解决方案可能会产生更多的 EMC 干扰、这会危及4D 超声波图像、因此我们在第一个原型设计中使用线性驱动器、效果良好。

下一步是优化此 Howland 电流源电路、例如系统(功率放大器)稳定性分析、热管理和降低下一个硬件版本的成本。 在这里、我遇到了放大器稳定性问题、并来到这个论坛寻求帮助。

您认为我在发布仿真和测试波形时的最后一个帖子是怎样的？

谢谢！