[参考译文] OPA567：由于仿真器结果功耗高于上限

您好、Lyle：

我不确定您所说的"TI 仿真器软件表明该器件必须在+8.8 VDC 下运行才能准确地生成440Hz 的5VAC 信号。" 您正在使用什么软件？ ~TINA-TI、我可以对电路进行仿真、从而成功地在440Hz 频率、1.1A 电流限制和 μ A 800mA 峰值输出电流条件下产生5Vppk 输出。

e2e.ti.com/.../OPA567_5F00_5VAC_5F00_800mA

800mA 电流负载 RMS 或峰值？ 如果为800mA RMS、则1.1mA 电流限制设置值可能略低、无法向负载提供峰值电流。

根据数据表、输出摆幅或全功率带宽没有限制会阻止 OPA567 在高温下工作时产生所需的输出  5.5V 电源。 不需要使用8.8V 电源供电、当然也不建议使用、因为这可能会损坏器件并/或通过在绝对最大额定值之外运行而影响长期可靠性。

此致、

扎赫

抱歉、我搞错了几个细节。  OPA567前面的振荡器运算放大器生成5VAC 信号、即 RMS、并将该信号馈入和流出 OPA567。 它是400 Hz、不是440。 振荡器运算放大器由另一家制造商制造、该制造商可以处理8.8V 电压、而我们用于在交流信号中调节的软件是 LTSPICE。 我们的电源轨+V 和 GND 同时连接到振荡器放大器和 OPA567、因此当我们提高功率等级以在振荡器中调整时、OPA567的电源也增加了。 现在问题就变了。 我们看到 OPA567变热是因为有8.8V 电源、还是因为有800mA 供电？ 您提到了电流限制、因此我想知道 OPA567会因此加热这么多？

您好、Lyle：

您能否提供建议的电路原理图？ 振荡器信号的确切电压范围是多少？ 例如、0.2V 到7.27V 或1V 到8.07V。 我们需要考虑确切的最小和最大电压、以确保放大器的输入共模范围和输出电压摆幅 能够适应信号。

OPA567可达5.5V 的额定电源、因此无法适应比电源宽的输入/输出信号 在8.8V 下运行违反了绝对最大值、也不是有效的运行条件。 这种超出电源电压范围的情况可能会导致内部功率耗散增加、从而使您注意到的运算放大器升温。 无论如何、我们都需要找到一种  在电源要求内工作的解决方案。

主要关注点是确保电源轨有足够的余量来适应输出摆幅。 由于功率放大器需要提供高电流、因此输出摆幅通常 限制在 距离任一轨若干伏的范围内。 振荡器运算放大器是否需要恰好在8.8V 的电压下运行？ 或者电源电压是否可以增加到10V 或12V？

如果您想避免使用另一个器件、另一种选择是使用电源"自举"技术、使用两个额外的 OPA567、这样可调制电源来响应输出摆幅。 OPA462应用手册以及 THS3491参考设计详细介绍了该技术、二者均链接如下。 额外的运算放大器(U2和 U3)将使 U1的正负电源电压上下移动、以允许输出摆动到大于最大单电源电压的范围、而不会违反绝对最大值。 我在下面的 TINA-TI 中对此进行了仿真、请注意 Vcc 和 Vee 正在使用信号电压进行调制、而总电源电压(Vcc-Vee)保持固定在5V。

e2e.ti.com/.../OPA567_5F00_5VRMS_5F00_Bootstrapped.TSC

有关该技术的详细分析、请参阅下面链接的文档。

扩展 OPA462高电压运算放大器可用电源范围的技术

设计指南：自举高输出电压扩展参考设计

此致、

扎赫

如果我想获得发给您电路的批准、我会为您提供更多信息。 输出信号是一个正弦波、峰值为7.0和0.7伏。 振荡器运算放大器和 OPA567都有相同的电源轨、但我们可以更改并为 OPA567供电、或更改为另一个8.8V 或更低的单电源 我们可以使用稳压器或分压器。 我们的主要局限性在于电路板空间以及通过非连续性供应链可提供哪些部件。 OPA567替换时、必须处理的电路板空间为约1.3英寸乘0.3英寸的正方形。 此外、我们将设备连接到仅消耗100 mA 的 OPA567输出、OPA567封装的温度从未升高到100°F 以上、但仍用8.8V 电压供电。

电路如下所示。 +V 为8.8V。 U18是创建正弦波的振荡器、OPA567是输出缓冲器。 LTSPICE 为我们给出了 U18以及+V 的组件值。 实际电路实现了 SPICE 所提议的内容。

振荡器电路设计为由输入电压供电。 8.8V 输入和电源轨可提供正确的5VAC 信号。 我看到 OPA564有2个问题。 1)我们的电路不能像图中所要求的那样对电源定序。 数据表第14页上的第36页。 2) 2)我们的应用要求为-46°C。OPA564的低温工作限值为-40°C。抱歉、我在前面没有提到。 我们的高温要求为+71°C、因此这不是问题。 看起来我们可以修改振荡器电路、以使用+10V 为其供电、并使用分压器使其输入为8.8V、从而允许振荡器输出相同的5VAC 信号。 现在、我对上面提供的自举电路有几个问题。 1) 1) Tflag 和 Iflag 输入为何连接到+5V？ 2) 2)为什么将 Vin 设置为4.5V？ 3) 3)是否存在 R3以在不存在负载时创建负载、还是仅存在以使仿真正常工作？ 4) 4)我们将通过+10V 电源上的分压器创建+5V 电源。 U2和 U3的分压器需要多大范围的电阻器(例如1K、10K、100K)才能消耗该设计所需的电流？

您好、Lyle：

感谢您提供更多信息。 我发现、由于温度范围要求、您需要额定温度为-55°C 的器件。 需要考虑的一点是、如果器件中发生功率耗散、则即使环境温度为-46°C、结温也可能远高于-40°C。 因此、我不排除 OPA564。 我相信与下面讨论的自举电源替代方案相比、数字电源定序解决方案相对而言微不足道。

1.)  Tflag 和 Iflag 输入为何连接到+5V？  

TFlag 和 IFlag 是在 V+和 V-之间切换的 CMOS 输出、用于指示标志状况。 对于仿真中的全部3个放大器、我使用了一个连接到每个放大器各自 V-电压的100kΩ 下拉电阻器。 这样做的目的只是表明由于这些放大器中的每个放大器具有不同的电源电压、因此每个输出标志都以不同的电压为基准。 如果电路中的任何东西被连接到这些标志、例如一个数字 I/O、您将需要确保任一连接的电压符合绝对最大额定值。

如果这些标志未在电路中使用或监控、您可以使它们保持悬空状态、以节省电路板空间。

2.)  为什么将 Vin 设置为4.5V？

我将 Vin 的直流值设置在4.5V 左右、作为假设的输入信号中点。 对于0.7-7V 的信号、中点为3.85V。

3.)  是否存在可在不存在负载时创建负载的 R3、或者它是否仅用于使仿真正常工作？

R3模拟您正在驱动的负载。 6.25Ω 值由5V RMS 输出电压除以800mA RMS 输出电流得出。 您尝试驱动的负载是什么？ 您能否提供负载阻抗？ 负载是以接地(0V)为基准还是以其他电压为基准？

4.)  我们将通过+10V 电源上的分压器创建+5V 电源。 U2和 U3的分压器需要多大范围的电阻器(例如1K、10K、100K)才能消耗该设计所需的电流？

通常、高输出电流电源不能直接从分压器获得 、需要一个额外的高输出电流缓冲器来提供所需的电流。 例如、1kΩ 电阻器上的峰值1.2A 将导致1200V、这是不切实际的。

假设负载以接地为基准、 在该电路中、放大器始终拉电流、这意味着输出电流将由 U2的 V+提供、即10V 电源。 在需要放大器灌入电流的情况下、电流将通过接地的 U3的 V-电源灌入。 只需要5V 电源来提供/吸收静态 电流或者 U2和 U3为11mA 最大值。 这可以通过分压器和仅需输出高达11mA 的简单运算放大器缓冲器来实现。  

我更新了原理图、将电流限值设置为1.2A、TFlag 和 IFLAG 引脚悬空、将输入/输出更正为0.7V-7V @400Hz。

e2e.ti.com/.../OPA567_5F00_0.7_5F00_to_5F00_7V_5F00_Bootstrapped.TSC

此致、

扎赫

是的、我漏掉了那个细节。 我在下载了 TLE2141器件的数据表后感到困惑。 您的网站以不带破折号的器件型号显示了 TLE2141M-D 和分销商库存的数量。 但产品说明书未显示任何 M-D 版本、只有 MFK 或 MJG。 我如何理解 D 版在哪些规格方面与其他版本不同、或者知道要订购哪些器件型号变体？

您好、Lyle：

抱歉、我发送的链接指向的是较旧版本的数据表。 我将联系网络团队来修复它。  

可在主 TLE2141产品页面中找到数据表的更新(修订版 D)版本： https://www.ti.com/product/TLE2141 

我还将其链接到： https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tle2141.pdf 

数据表的修订版 D 中包括采用 D 封装的"M"器件。 对于卷带选项、更新后的可订购产品为"TLE2141MDR"。

其他产品页面的"G4"后缀是 TI 正在逐步淘汰的较旧命名惯例。 很抱歉让人感到 困惑。

如果您有任何其他问题、敬请告知。

此致、

扎赫

很高兴得到更正。 我查看了新数据表、它看起来像我预期的那样。 我想知道为什么数据表中未包含变体的典型信息。 接下来、在再次查看+5V 缓冲器配置后、我认为我们需要针对无法从轨到轨摆动的输出进行补偿。 该规格通常显示了5V 有源器件上的4.1V 输出限制。 我们是否需要更改分压器以输入6V 到缓冲器、从而使其可以输出5V？ 我还在逻辑学中提出了一个问题、我必须对答案做假设、因此我们也要说明一点。 问题是-在自举电路上、Vout 输出上的电阻器会创建一个+10V 的分压器、从而使 Vout 变为+5V。 他们担心5V 信号会干扰或增加输出。 我告诉他们、在施加瞬时输出电压可能会变为+5V、但作为有源器件的运算放大器将控制电压和电流、以改变该"分压器"上的电压、从而创建仿真中所示的交流波形。 请确认或更正我的解释。

还有一个问题。 我想将 R3更改为约6K、这样、当我们添加实际负载时、该器件不会拉取两倍电流、但仍然存在、以便于轻负载、从而便于进行故障排除。 这是否合理的理由？