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[参考译文] OPA192:有源高通滤波器运算放大器输入电压保护、钳位二极管灌入电流问题

Guru**** 1139260 points
Other Parts Discussed in Thread: XTR111, OPA192
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/1309333/opa192-active-high-pass-filter-opamp-input-voltage-protection-with-clamp-diodes-sinking-current-problem

器件型号:OPA192
主题中讨论的其他器件:XTR111

我正在设计一种 iepe 信号调节器、从简介中可以看到、我有一个二阶巴特沃斯高通滤波器。
当传感器(负载)未连接时、带有24 V 电源以及4mA 恒定电流的电流源将完全开启 MOSFET、输出将为24伏(xtr111输出不会精确给出24伏、其值大约为21.6V)。 但我们假设输入为24V。

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如果我们查看 OPA192数据表、则绝对最大额定值部分中的条目值按如下方式限制。 由于我们提供(V–)–0.5和(V+)+ 0.5:(+15V)(-15V)、-15.5和15.5是我们可以应用于输入的最大限值

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如果我们重点关注瞬态分析、当输入信号为24V 时、电流将通过2k 限流电阻、经过钳位二极管(BAT64)、到达+15线。 仿真在这里。
相应地、15V 电源将需要吸收一个值、例如3.315mA。 我使用一个 UWE1215S-3WR3电源来输出+-15V 电压为运算放大器供电。 但是、我不确定拉电流器件能达到多少灌电流、可能根本就没有做到。

显示+15伏电源  

您可以看到+15V 拉电流在  灌电流、您可以看到它的灌 电流持续时间长达10ms。

简言之、当我们施加24V 电压时、如何保护运算放大器的输入? 是否需要添加一个反向连接到电源轨以实现灌电流的15V 齐纳二极管?
我不希望运算放大器在没有负载时烧毁。

如果您注意到电路中的任何其他错误、请告诉我。

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    BAT64-4显示了低于10mA 电流的<0.5V 正向压降、它是否会保持在 OPA192最大输入 Vcm 电压的规格范围内?

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     谢谢你的反馈!

    首先、是的、您是对的、Vin 引脚的值似乎保持在15.37V。 然而、我想知道的是、来自这里的3.315电流流向+15V 电源点。 我们可以把它想象成我们在这里泵送电流、在这种情况下、这个点的电压应该更高、 但+15V 电源的任务是将输出引脚相对于 GND 保持在+15、在这种情况下、它需要吸收(吸收)此3.315mA 电流。 但是、并非所有电源都能够接收。 我想我在了解电压源是否是理想的时候有一个问题。

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    如果它是瞬态、电源去耦电容器不会吸收它?

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    Electronix、

    许多 LDO 无法灌入电流的说法是正确的。  您也可以正确地将输入电流限制为小于10mA。  通常、我们建议 在电源中添加瞬态电压抑制器(单向 TVS)来帮助解决此问题。  通过放大器输入的 ESD 结构引导的任何瞬态信号都被引导到电源、TVS 二极管会吸收(吸收)该信号并将电源电压限制到安全水平。  当 EOS 在放大器输入上时、在电源上添加保护电路似乎与直觉不符、但我已经多次看到这种方法成功运行。 TVS 关断电压应等于标称电源电压、理想情况下击穿电压应低于电源的绝对最大电压。   一般而言、打开 TVS 是一种很好的预防措施、因为它可以帮助您解决所讨论的问题以及其他电源瞬态。    有关电气过载的放大器高精度实验室视频系列部分详细介绍了该主题。

    此致、艺术

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    嗨、Art、感谢您的回答。 我已观看了 EOS 部分的视频、
    我需要保护电源引脚、但也需要保护 VIN 输入引脚。 我如何确定这里的限流电阻器的值?
    也就是说、电流通过越多、电池64二极管上的压降将越大。 并且 Vin 引脚上的压降(Vsup+Vbat64 (等于第64节的压降)
    在这种情况下、如果我增大2k 电阻值、通过二极管的电流将减小、因此二极管上的压降将减小、Vin 引脚上产生的电压将减小。

    我可以理解 TVS 二极管的情况。 关断电压将为+15电压(如果漏电流较低、这是一个优势)。 反向击穿最小电压也应低于运算放大器电源引脚的绝对最大额定值。 因此、我认为击穿电压应低于15.5。 请更正我的错误。  

    但是、大多数 clampimg 电压都高于该值。 您可以在此处查看列表

    DigiKey tvs 二极管列表

    它将在击穿电压之后大量流动。

    顺便说一下、钳位电压对 TVS 是否重要?

    考虑到 Vin 引脚的最大电压为15.5V、TVS 击穿电压为16V 无助于 Vin 引脚保持在15.5V 以下。 在这种情况下、放置一个15V 齐纳二极管是个好主意吗?

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    例如、如果我以指定的间隔放置了一个部分仿真 TVS 二极管、就是会发生这种情况。 非操作输入可看到16.5V 的值。

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    Electronix、

    1. OPA192的绝对最大电源电压为+/-20V。  因此、如果您使用关断电压为15V 的 TVS、则需要找到低于20V 的击穿电压。  下面是 DigiKey 提供的器件列表、其中器件具有15V 隔离电压以及15.6V 与17V 之间的击穿电压。  这些器件应该能够很好地提供保护、因此您可以根据泄漏要求或其他标准来决定使用哪一种。
    2. 从过载的角度来看、电路的好处是它是交流耦合。  因此、您不必担心连续 直流故障。  连续 直流故障更难以防范、因为需要考虑 所有器件的直流功率耗散。  
    3. 要选择限流电阻器、请找到电阻器上的压降、并选择电阻器以将肖特基 输入电流限制为1mA (1mA 将使 BAT64 350mV 上的最大压降)。  因此、如果故障电压为20V、电源为15V、则限流电阻器上的压降约为 20V - 15V = 5V。  要选择电阻器、请使用以下公式: Rlimit =(20V - 15V)/Rlimit 1mA = 5k Ω。  在您的情况下、1kohm 电阻器会将 肖特基电 流限制为大约 idode =(20V - 15V)/1kohm = 5mA。  这也可能没问题。  请记住、此电流会  进入肖特基二极管、而不是进入放大器。  如果某些瞬态输入过载信号"通过" 肖特基 二极管、则瞬态的电压 将非常低、并且对运算放大器的影响很小(即流入运算放大器 ESD 结构的电流接近零)。  有时会在 肖特基 和运算放大器输入之间使用第二个输入保护电阻、以限制通过 肖特基的任何过载信号。  第二个保护电阻可以相当低(介于100和1k 之间)。
    4.  使用大输入电阻器的缺点: 噪声增加、偏置电流 误差(在本例中是最小的)、 输入电容 x Rin 可能产生的带宽限制。  在您的示例中、我认为主要的限制 将是 噪声。
    5. 当然、这一切都取决于瞬态的级别。  如果该系统承受1000V 瞬变、我们需要考虑其他选项。  在您的例子中、我想您看到的是较低的电压瞬变。
    6. 我认为您的电路相当稳健、并且怀疑您是否会遇到过应力问题。  您可以增加串联电阻并在 肖特基之后添加第二个串联电阻、以提高稳健性。
    7. 下面是20V 过载输入信号瞬态的 TINA 仿真。

    e2e.ti.com/.../opa192-overstress.TSC

    我希望这对您有所帮助。

    此致、艺术