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[参考译文] OPA2677：用于驱动小型珀耳帖(TEC)的电桥配置

admin
Guru**** 1810550 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA569, OPA2677, OPA567, OPA2675
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/1329579/opa2677-bridge-configuration-for-driving-small-peltier-tec

器件型号：OPA2677
主题中讨论的其他器件： OPA567、OPA569、 OPA2675

您好！

为了控制激光二极管的温度、我需要驱动小型热电器件(Peltier)。  珀尔帖工作范围为 +/-400 mV、合规电压为- 100 mA。

用于控制珀尔帖电流的电压由具有最大 5V 输出电压和2.5V 复位电压("中量程")。 此外 、我想使用5V 的单电源轨。

我提出了一个简单的电桥设置、其中包含两个互补反相运算放大器。 在仿真中、珀尔帖由4欧姆电阻负载表示：

I 计算得出的 Vload = Vload+- Vload- = 2 *(Vcontrol - Vbias)* G、增益 G = R1/R2且 Vbias = 2.5V。

要  在 Vcontrol = 5V 的最大 DAC 输出下实现 Vload = 0.5V、I 计算得出增益为 G = 0.1

但是、仿真显示、增益 G = 0.2更好才能获得所需的输出摆幅：

图形显示、两个运算放大器的负输入 接近于正输入端的偏置电压。 这意味着运算放大器以其线性体系运行。 Peltier Vload (图中的"UPeltier")的电压和 Peltier 电流(图中的"AM1")涵盖了所需的范围。 设计似乎应满足上述要求。

现在、我的问题是：

1.为什么我的计算结果大约是2倍？

2.这是否可以在现实中起作用(例如，功率耗散、启动行为)，并且您是否对设计(例如，运算放大器配置，需要改进)有意见？

3.我只能 找到三种 可以在这个设计中工作的器件。 我选择 OPA2677、因为另外两款(OPA567和 OPA569)在我看来太"大"了。  您能为 OPA2677提供替代器件吗？

如果您要运行仿真、这是仿真文件：


e2e.ti.com/.../BridgeComplementaryInvertedOPA2677_2D00_G_3D00_0.2.TSC

非常感谢。

丹

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    TI__Guru**** 1810550 points
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    Dan、您好！

    感谢您提供有关您的应用程序和仿真文件的全面信息。

    您用于计算的公式是正确的、如本应用手册(链接)中所示。 在仿真中将 OPA2677模型替换为理想运算放大器模型时、输出会根据该公式显示预期结果。

    我将研究这是模型限制、还是该行为的某些其他原因导致输出成为预期结果的两倍。 本周我将努力为您提供答案。

    谢谢。

    尼克

  • 0
    TI__Guru**** 1810550 points
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    您好、 ：

    感谢您认真研究我的问题。

    我想补充一点、关于运算放大器的知识基于电压反馈运算放大器。
    但是、我注意到 OPA2677是一种电流反馈运算放大器。
    我不知道这是否以及这对我的应用有何影响。 《适合所有人的运算放大器》一书写道："如果您正在尝试制作直流增益系统、请返回到电压反馈运算放大器。 电流反馈运算放大器具有糟糕的直流性能"。 此外、它还指出"您必须使用数据表中建议的 RF 值"。 我需要的是、我的应用、即温度控制、处于直流性能范围之内。 因此、我 不确定 OPA2677是否是合适的选择。

    谢谢。
    丹

  • 0
    TI__Guru**** 1810550 points
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    Dan、您好！

    谢谢您的收看。 是的、OPA2677是电流反馈运算放大器。 为了实现您期望获得的高输出电流驱动、您将需要一个电流反馈放大器、因为该架构能够实现更大的输出电流电平。 您可以在我们的 TI 高精度实验室视频中找到有关电流反馈放大器的更多信息。

    我调整了仿真、以选择与系统噪声增益大致匹配的射频。 在本例中、Rf = 536欧姆。 通过此更改、仿真与预期结果相匹配。

    正如您所提到的、具有如此大的输出电流驱动的放大器选项不多。 另一个您可以研究的器件是 OPA2675、它也具有大输出电流驱动。  

    谢谢。

    尼克

  • 0
    TI__Guru**** 1810550 points
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    您好、 ：

    谢谢您的建议。 我按照您的建议更改了反馈网络电阻器的值、并获得了与计算结果匹配的相同结果。 太棒了！ 那么、我将坚持使用该器件。

    关于功率耗散、我计算了运算放大器必须耗散的最大功率(5V - 0.5V)* 0.118 mA≈0.5W。 如果我将封装与接地垫一起使用("DDA")、那么热阻为55 °C/W。 因此我预计外壳的温度大约比室温高27°C。 这在没有额外散热器的情况下应该是可以的。 你同意吗？

    最后、当电路上电时、启动行为会怎样？ 有些 DAC 会将其输出电压复位至中标度(= Vref)。 使用此类 DAC 提供控制电压 Vcontrol 意味着在电路通电时、不应在珀耳帖上存在电流。 正确的做法是、或者 仅在 DAC 具有稳定的输出电压(可能只需要几毫秒)之后才为运算放大器供电。

    谢谢！
    此致
    丹

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    TI__Guru**** 1810550 points
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    Dan、您好！

    关于电路上电时的启动行为： 假定在 DAC 正在稳定过程中、在此复位期间、输出信号中没有大尖峰、那么在将输出电压复位至中标度时、将运算放大器保持上电应该没有问题。 我还想提一下另一个要点。 如果仍然存在输入信号、则不应使运算放大器断电。 这样做可能会导致 ESD 二极管导通、并将器件输入端的电流提供给电源轨、以保护内部电路。 这可能会给您的信号链带来潜在的灾难性后果。 最佳做法是在运算放大器断电之前断开任何输入信号。

    关于功率耗散：我建议查看数据表第22页的热分析部分、因为该部分讨论了如何计算运算放大器的总内部功率耗散。 您没有考虑静态功耗、我不确定您是要计算运算放大器输出级中的最大功率耗散来提供功率、但我必须更深入地研究这两个计算以便进行比较。

    谢谢。

    尼克

  • 0
    TI__Guru**** 1810550 points
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    尊敬的 ：

    感谢您的答复。

    您指的是断电 行为。 我知道(也)在 ABS 上电和断电期间。 最大 需要遵守额定值。 您建议"在将运算放大器断电之前断开任何输入信号。" 我不知道我应该怎么做。 您是否建议先对 DAC 断电、然后对运算放大器断电？  与上电事件相反、断电事件实际上并不在我的控制范围内。 目前没有关于"断电程序"的安排。 相反、当用户从器件断电时、+5V 电源轨将"崩溃"。 当+5V 电源轨为 DAC、Vbias 和运算放大器供电时、我希望运算放大器的输入信号将直接 通过 Vs 降至 GND。

    关于功率耗散、您指出我需要 考虑"静态功率"。 这将是额外的 PDQ = 5V * 0.018A≈0.1W。对于计算输出级中的功率耗散 PDL、我认为数据表中的假设("接地电阻负载")不适用于这里的桥接配置。 此外、我不得不承认我不理解数据表第22页中的计算方法。 它们对我来说似乎是矛盾的:文本表示输出固定为 VS/2 (VS=6V)但同时文本状态输出为+2.5V ; 接下来、文中强调了"决定内部功率耗散的是输出级中的功率、而不是负载中的功率"、然后计算负载中的功率耗散 P =(VS/2) 2/RL。 因此,我试图自己解决它,见上文。

    我要检查我的第一个原型的这两个问题。

    此致、
    丹

  • 0
    TI__Guru**** 1810550 points
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    Dan、您好！

    为了消除输入信号、您可以在 DAC 和运算放大器之间放置一个继电器、您可以在准备好断电时断开该继电器。 此外、如果您无法添加继电器、则首先将 DAC 断电、以便在运算放大器是下一个合理的解决方案时没有来自 DAC 的输出信号。  

    我理解 您关于计算运算放大器中因负载而耗散的功率的观点。 我相信您之前的计算是正确的、您应该会看到大约0.5W 的功率损耗。 您仍需要添加大约0.1W 的静态功耗。

    谢谢。

    尼克

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    TI__Guru**** 1810550 points
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    您好、Nick。

    感谢您的及时回复。 我同意、我不想在我的设计中添加继电器之类的机械器件。 此外、正如我提到过的、断电事件不在我的控制范围内。 因此,我想有一个设计,不会完全干草或中断,当它突然断电。

    谢谢！
    丹

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    TI__Guru**** 1810550 points
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    Dan、您好！

    如果断电事件由您无法控制、并且无法在信号链之间放置继电器或开关、 建议在 DAC 和运算放大器的输入端之间放置一个限流电阻、以限制由断电事件引起的任何意外瞬态尖峰产生的影响、从而限制输入到运算放大器的电流。 有一个将输入电流限制为1mA 的通用基线建议。 但是、在原型测试中、您可以进行一些断电事件测试、以确定哪种方法最适合您的应用。

    谢谢。

    尼克

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    TI__Guru**** 1810550 points
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    尊敬的 Nick：

    感谢您的答复。 我认为上述电路中的 R3 (5360 Ω)可视为您推荐的限流电阻。 您觉得这是合理的吗？

    此致、
    丹

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    TI__Guru**** 1810550 points
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    Dan、您好！

    "对不起,我不知道该怎么说。" 是的、在这种情况下、R3将是限流电阻、它足够大、因此不会担心输入到运算放大器的电流大小。

    谢谢。

    尼克