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[参考译文] LM2902-N:高侧电压至电流转换器稳定性问题

Guru**** 2522770 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, LM2902

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/840204/lm2902-n-high-side-voltage-to-current-converter-stability-issue

器件型号:LM2902-N
主题中讨论的其他器件:TINA-TILM2902

我正在设计一个电压至高侧电流源转换器。

为了检查稳定性、我断开了环路并测量了环路裕度。
当 r3=2k、c2=1n 和 r2=4K 时、相位裕度足够为53.56°。

但是、当我查看瞬态结果时、我注意到过冲。
那么、问题出在哪里呢?
可以帮帮我吗?

此致。

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    尊敬的 Sylvain:

    电路可能没有任何问题。 预计会出现53度相位裕度的过冲(约16%)。 您在仿真中测量的过冲是多少? 很难从图像中辨别。

    随着相位裕度的增加、过冲将减小。 例如、如果将相位裕度增加到60度、则只会看到~8%的过冲。 重要的是、您不会看到持续振荡、这表明存在明显的稳定性问题。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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     您好、Tim、

    您的解释。

    正过冲为:(339.35µ- 298.96µ)/ 298.96µ= 13.5%。
    当 VG2减小时、AM1也存在正过冲。 很好奇、不是吗?

    Han 是否可以增加相补角?
    我使用不同的​​R1、R2和 C1值进行了一些测试;但在任何情况下、我都无法将相位裕度增加53.5度以上。
    备注:对于我的应用、我需要 大约20kHz 的带宽。

    此致。


    Sylvain

     e2e.ti.com/.../V_5F00_to_5F00_I_5F00_2.TSC

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    尊敬的 Sylvain:

    在下降沿上的正过冲条件下、运算放大器输出是否接至其中一个电源电压?

    当我自己运行分析并确保运算放大器输出不被限制时、我看不到您在上一篇文章中圈出的正过冲。 请参阅随附的 TINA 文件。 我还更新了 TINA 模型以使用我们最新的模型版本。 在运行仿真时、始终建议从 TI.com 下载最新的模型版本。

    我认为增加 R5是增加运算放大器相位裕度的最简单方法。 但增加 R5意味着 C1和 R2也可能需要调整。

    e2e.ti.com/.../V_5F00_to_5F00_I_5F00_2_5F00_TI.TSC

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、
    谢谢你。
    不可以、在下降沿的正过冲条件下、运算放大器输出不会被接至其中一个电源电压。
    使用您的仿真文件,当我将单位步进电压发生器的振幅 A 增加到100mV 时,我会在下降沿看到正电击。
    然后、我将 T2 PMOSFET 替换为 BC327-25 PNP 晶体管、并将 R5替换为47k、不再存在过冲。
    您有解释吗?
    当我增加 R5并修改 R2和 C1时、相位裕度增加、但只有几度。 您是否有任何建议来增加它的数量?

    此致。

    Sylvain

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    尊敬的 Sylvain:

    我需要一些时间来研究这种情况的发生原因。 我将在下周的星期三再回来。 反馈电容器 C1似乎发生了某种耦合。 当我将电容器 C1减小到100pF 时、通过仪表 ILOAD_HIGH 侧的正过冲会以100mV 的阶跃输入消失。 我放置了一些电流表来查看电流在何处流动。 请参阅随附的 TINA-TI 文件。

    您的系统在生产时是否会实际看到类似这样的瞬态脉冲?  

    e2e.ti.com/.../1512.V_5F00_to_5F00_I_5F00_2_5F00_TI.TSC

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    尊敬的 Sylvain:

    由于运算放大器输出端和负载电阻器之间的 FET 电容、也可能存在一些耦合。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    我认为我们的系统将看到瞬态脉冲在生产中、但上升时间更重要(约为500µs μ s 至1ms)。

    如果我减小 C1、 相补角将会太小。

    使用 PNP 晶体管而不是 MOSFET 不是问题。  在最坏的情况下、我只需要500µA μ A 的驱动。

    对我来说更重要的是要有一个稳定的系统!!!

    谢谢你。

    此致。

    Sylvain

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    尊敬的 Sylvain:

    只要运算放大器的相位裕度高于45度、系统就应保持稳定。 我认为正在发生的是一些电流通过晶体管耦合。 下降沿上的正过冲并不表示存在稳定性问题。 如果 PNP 晶体管纠正了该问题并适用于您的设计、我建议使用该晶体管。 但是、您必须验证补偿组件不需要随 电路中的 PNP 晶体管一起变化。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    我实现了两个仿真:
    -仿真 n°1:r2=2k、c1=1n、r5=100k、t1=BC327-25  
       °分析:相位裕度=44.97 μ H。
       瞬态响应:过冲小。
       
    -仿真 n°2:R2=200、C1=10n、R5=100k、T1=BC327-25  
       -交流分析:相位裕度= 50.19°。
       瞬态响应:大过冲。
     
    奇怪的是、当相位裕度较大时、过冲会增加。  通常情况下、它是相反的。
    开环原理图和相位裕度测量是否出错?
    你怎么看?

    此致。

    Sylvain

    e2e.ti.com/.../simulation_5F00_n_B000_1.pdfe2e.ti.com/.../simulation_5F00_n_B000_2.pdfe2e.ti.com/.../V_5F00_to_5F00_I_5F00_transient_5F00_and_5F00_bode.TSC

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    尊敬的 Sylvain:

    我认为您在仿真中缺少的是环路增益。 在测量电路的相位裕度时、您需要查看 环路增益的相位、而不是 AOL。 要测量环路增益、您需要在 R2 C1节点放置一个仪表。 在 R2 C1节点放置一个仪表将为您提供 AOL*Beta,然后 您可以通过将 AOL/(AOL*Beta)除以来重新计算1/Beta (在 TINA 中使用后处理器)。

    此外、下降沿上较大的正过冲不一定表示相位裕度较低、因为我认为这是由于耦合而不是不稳定。 如果这是一个稳定性问题 、我预计上升沿会出现较大的正过冲和振铃、而下降沿会出现较大的负过冲和振铃。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    你好、Tim。

    我迷路了

    为了进行仿真、我从 TI 论坛的另一篇文章中获得了灵感: https://e2e.ti.com/support/amplifiers/f/14/t/611850?LM2902-loop-gain-of-Voltage-controlled-current-source

    我们无法使用相补角来测量该系统的稳定性? 或者是否必须使用1/beta & AOL?  
     -在本例中、我的系统的输出是电流。 我们不应该在交流分析中使用"输出电流"来检查稳定性?
     -其中必须是局部交流电源才能测试环路增益。 我们是否应该断开输出端的环路?
     
    能否帮助我 检查系统是否稳定?

    此致。

    Sylvain

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    尊敬的 Sylvain:

    是的、您确实要 使用相位裕度来测量该系统的稳定性。 您提供的论坛帖子中的所有内容均正确。

    问题是如何测量相补角。 在相位裕度测量电路中、如您链接到的论坛帖子中所示、没有用于 AolB 的仪表。 Aol 只有一米。 要测量相补角、您必须查看 AolB。 请参阅下面的内容。

    要使用小信号阶跃输入或闭环交流分析测量稳定性、即使电路的输出是电流、也应始终直接查看运算放大器的输出。 这是因为电路 输出信号 可能具有额外的滤波功能、可消除放大器输出上发生的大振荡。 即使运算放大器在某处被滤除、您也不会希望在稳健设计中对运算放大器的输出产生较大的振荡。 请注意、在论坛帖子中、您链接到放大器的输出正在针对瞬态阶跃输入进行测量、以验证放大器的输出是否未振荡。

    您在上一帖子(如上所示)中用于断开环路的电路 是正确的、您只需添加一个仪表即可查看 AolB。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    非常感谢您的解释。
    现在非常清楚!

    此致。

    Sylvain

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    我注意到一个好奇心。

    Sylvain 正在 Tina 库中使用 LM2902模型。

    Tim 使用 LM2902模型、该模型位于 LM2902登录页面上。

    您可以使用"Enter Macro"函数进行检查。

    登录页面模型是最新 的 Green-Williams-Lis 模型、FAR

    比 Tina 图书馆的旧国家半导体模型更好。

    这对我个人没有的仿真有多大影响

    已选中。

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    这一点很好! 我强烈建议在 LM2902 (或任何器件)产品页面上使用最新型号。 您可以在 "设计和开发"选项卡下找到最新的模型版本。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    很抱歉、我还有其他问题要问您...
    我已经修改了原始设计、以更改 V 至 I 曲线的斜率。
    现在、放大器的正输入是电压基准、转换器的输入位于 R1的顶部。 I (AM1)= f (VG1)。

    我想检查 新原理图的相补角。

     -我认为我可以断开环路、使其与原始设计处于相同的位置(在放大器的负输入端)。 正确吗?
     什么成为 VG1? 是否应将其替换为恒压源?
     -在这种情况下,如何测量 BetaAOL?
     
     感谢你的帮助。
     
     此致。

    Sylvain




     

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    尊敬的 Sylvain:

    是的,您将在与前一个电路相同的位置断开环路,并在同一节点处测量 Aol*B。 您应始终将输入电压信号表示为短路、将输入电流信号表示为开路。 此规则的例外情况是直流电压偏置运算放大器以将其置于线性区域。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    我遵循了您的建议:我短接了输入电压(VG1)并保持运算放大器输入端的直流电压(V1)。
    AOLxbeta 的增益始终为负、我的原理图上有什么缺点?

    备注:在原始设计中、我没有短接直流电压源 V4。 我的仿真是否进行了校正?  

    此致。

    Sylvain

    e2e.ti.com/.../V_5F00_to_5F00_I_5F00_30_5F00_09_5F00_19.TSC

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    尊敬的 Sylvain:

    很抱歉、我忘记说需要将直流电压与 R1串联(代替输入信号)以偏置晶体管。 由于晶体管始终处于关闭状态、电路现在将不工作。

    为了在运行交流分析之前检查您的电路是否正常工作、我们建议 进行快速直流分析、以查看运算放大器的输出是否饱和到其中一个电源轨。 通过避免不必要的故障排除、执行此快速检查可以节省大量时间。

    那么、让我更正我先前的陈述。 所有交流电源(除了运行稳定性分析的 VG2外)都需要替换为短交流电流源、而替换为开路电流源。 可能需要直流电压来正确偏置运算放大器、以将其置于线性区域(防止输出饱和到其中一个电源轨)、就像您使用 V1时所做的那样。 可能需要直流电压来偏置电路中的其他组件、以便它们正常运行。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    你好、Tim。 

    感谢您的澄清。

    此致。

    Sylvain