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[参考译文] OPA810:过载期间静态电流过高

Guru**** 1120820 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA828, OPA810, OPA2863A, OPA863
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/1330269/opa810-to-high-quiescent-current-during-overload

器件型号:OPA810
主题中讨论的其他器件: OPA2863AOPA863、OPA828

大家好、

 OPA810存在静态电流过高的问题。  

根据数据表、单个放大器的电流消耗应约为4 mA。 在标准条件下,这完全符合我们的观察。

该问题出现在较高的输入电压下、尤其是、正如我们所假设的、在过驱时。 然后、每个放大器的电流消耗可能会增加至20 mA。 如何解释这种现象?

我们的 设计采用电池供电、并且对于 这样的电流消耗、我们感到有点惊讶。  通过隔离较大电路的片段、我们已确定在典型仪表放大器配置中、罪魁祸首是输入级:

如图所示、放大器输出端的电阻为3k Ω。 输出电压电平为+-9V。 这样可使输出电流达到3 mA 最大值。 添加到放大器的电源电流时、理论上可提供约12 mA 的最大值。 当放大器被恒定信号过载时、系统该部分的电流消耗与这些计算结果一致、约为15 mA。 当发生交流过驱时、功耗会增加、具体取决于过驱的频率。 当我们使用频率为1 MHz 的正弦波或方波对系统进行过驱时、电流消耗会增加到43 mA (我们怀疑每个放大器+ 3 mA 的20 mA 用于放大器的输出电流)。

器件 经过精心设计、通用信号(整个系统、而不仅仅是图中各部分)的噪声和衰减处于设计限值范围内(输出端为20dB 增益时为250uV、1 MHz 的 CMRR > 60dB)。 没有激励、 尤其是信号边沿上的振荡(经200 MHz 检查)。 失真的输出信号具有预期的形状、峰值仅为削波:

除了功耗增加之外、没有什么不好的事情发生。 TINA 软件中的仿真未显示功耗增加。 通常、它们略微低估了消耗、因为它们在全过驱下提供的是10 mA 级别(系统的整个部分)。  

过驱恢复状态是否会导致功耗增加?  这对放大器是否有害?

此致、

马尔钦

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    尊敬的 Marcin:

    当放大器在输出上过驱(并且输出饱和)时、输入之间会出现大于典型失调电压的输入差分电压、这会触发压摆升压电路、从而增加静态电流。 输出级中增加的电流也会用来消除此输入差分。 此行为是任何具有双极输出级的轨到轨输出放大器的特征。

    由于 Iq 的这种增加会对系统造成问题、因此您应该考虑使用具有过载功率限制的放大器、例如 OPA2863A。 该器件有过驱监控电路、可在过驱条件下限制压摆升压和输出级电流、并在这类条件下将 IQ 保持为仅1.4mA。 也就是说、OPA2863A 需要在其输入端具有更高的300nA 偏置电流、该电流大于 OPA810上的 PA 偏置电流。  

    您是否可以考虑  应用中使用 OPA2863A?

    此致、

    B·阿格拉瓦尔

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    Bharat、您好、

    感谢您的快速回复。 Opa863是我们的第一选择。 一切都很好,除了略低的最大值。 电源电压。 对于器件的输入级至关重要。

    我对 opa810还有疑问。 正如我所了解的、压摆率升压器会检测超过特定阈值(大于失调电压)的输入之间的差异。 我接受这种看法、但为什么静态过驱电流消耗不会增加? 系统是否会另外区分此信息、以便仅适用于信号边沿?

    最重要的是:根据我的理解、这是此放大器的正常操作、即使在使用交替(例如 sinus)波形进行长期激活时也不会对其造成威胁?  将每个 放大器的功率损耗增加到400mW 左右似乎没有危险、但是否没有其他威胁?

    此致、

    Marcin。

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    尊敬的 Marcin:

    正弦输入/输出(有削波)的额外功耗 的另一个原因是输出的大信号轨到轨转换、其中压摆升压也在线性区域中有效、并从电源轨消耗更高的 Iq、以提高差分对尾电流并实现此类大信号摆幅。 由于轨到轨输出的重复转换和每个周期中消耗的 IQ 较高、该 Iq 将进一步提高的频率。

    关于可靠性、标称这不会造成问题、但对于400mW 耗散、需要考虑环境条件(环境温度、气流和冷却可用性等)。 在 Rtheta-JA 为134.8C/W 的 SOIC-8封装中提供了最佳的热性能、因此一旦预计芯片温度差为~54°C、就可能在没有强制冷却的情况下导致故障。

    可以考虑的另一个选择是 OPA828 、这是一个具有过载功率限制的45 MHz GBW、36V FET 输入放大器。 虽然这确实能满足您的电源电压要求、但它不是轨到轨输入或轨到轨输出、如果输出端需要+/-9V 电压、则需要调整电源电压。

    此致、

    B·阿格拉瓦尔

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    Bharat、您好、

    轨到轨输入和轨到轨输出对我们的项目至关重要。 我们之前已检查此项、因此 opa810是唯一符合这些条件的放大器。  我们还考虑了 opa828、但拒绝它的原因是共模电压的显著限制(甚至是3.5V 到 V+)、以及矛盾的是、它的电流消耗比 opa810 (5.5 mA 与3.7 mA)更高。

    令我们遗憾的是、OPA810数据表未明确指出其具有压摆率提升器、并且在某些条件下可将电流消耗大幅增加(最多增加五倍)。

    正如我们检查的、 OPA810本身的大信号驱动不会显著增加电流。 关键是经常使其进入饱和/过驱状态。 压摆率升压器在正常运行期间似乎没有在很大程度上被激活(即使振幅大且频率高时也是如此)、但仅在过驱期间激活。 这可能与 OPA810的调整相关、使其在输入端与多路复用器搭配使用(如数据表中所述)。 无论是哪种方式、我们都想指出 OPA810的数据表可以明确解决这个问题-明确指出压摆率提升器的存在并针对电流消耗可能显著增加提出警告、 温度增加、应在热设计中将其考虑在内。

    说到热设计、使用 RθJB 参数可能更合适、因为我们要处理 SMD 封装。 该参数是 SOIC 最差的参数。 我们使用了 SC70、因为只有这种封装提供了良好的路径布线、确保了所需频率范围内的低电容和模范行为、包括广泛的增益开关系统。 SC70的 Δ T 为 RθJB C/W、这将得出裸片温度 Δ T ~27°C。 当然,我们很难将理想的情况(69C/W )应用到我们具有少量铜表面的 PCB 设计中,但幸运的是, PCB 相对较大,没有密集的元素:),因此有机会热 opa810@SC70可以存活。  在假定的正常使用期间、不应发生过驱非常重要。 我们测试了此案例以防万一。

    总结、
    我们将这些信息解读为表示放大器的运行(电流消耗增加)与其设计一致。此外、显著增加的电流消耗符合设计目标、尽管数据表中未对其进行说明。
    这不是放大器故障或我们的设计错误的迹象、这对系统来说除了热量之外没有任何危险。 如果我们错了、请告知我们。

    我们认为您的信息非常重要和有用,特别是对于未来的项目,再次感谢您的快速响应。

    尽管电流消耗意外增加、但我们仍然认为 opa810是一款极为有趣的放大器、甚至是独一无二的放大器。

    此致、

    马尔钦

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    @Marcin ,我将让 Bharat / Apps 团队回答你提出的问题,因为他们在循环.

    我叫 Shree, 我是高速放大器的产品定义者。

    我们正在开发下一代 OPA810、它可以解决该问题、并且具有更低的噪声和更高的精度。 您可以通过15分钟/30分钟的简短聊天了解这里的要求吗、以便帮助我们升级 OPA811产品并确保其完美符合您的系统。

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    @Shree,当然,很高兴。 请告诉我时间、因为我们可能处于不同的时区。