This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] OPA1688:电流发生器级振荡、但未在仿真中

Guru**** 669750 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA1688, OPA992, TINA-TI
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/audio-group/audio/f/audio-forum/1245143/opa1688-current-generator-stage-oscillates-but-not-in-simulation

器件型号:OPA1688
主题中讨论的其他器件: OPA992TINA-TI

您好!

我使用 OPA1688器件开发了一个电流发生器级。 目标是生成与我可以控制的模拟电压成比例的电流。 电流被驱动至60欧姆负载。

为了做到这一点,我设计了以下非常经典的阶段:

V_control 是一个固定直流电压、用于控制负载中的电流。 反馈应将0.3欧姆电阻器上的电压固定为等于 V_control、因此负载中的电流等于(V_control)/0.3。
反馈网络用于更好地补偿级并提高相位裕度。 具体思路是、电容器在直流电压下是开路、因此2kOhm 电阻器上的压降应该为0。 然而、在较高频率下、电容器的行为类似于短路、电阻器会降低环路增益、从而增加相位裕度。 计算电阻器和电容器的值后、0dB 截止频率处的环路增益为20dB/dec。

我还使用交流分析对电路进行了仿真(使用运算放大器的 SPICE 模型和晶体管的 spicemodel)、您可以在仿真环路增益下方看到。 仿真相位裕度约为63°、截止频率(也是 Gloop = 0dB 的频率)约为1.8MHz。

我们还进行了瞬态仿真、结果符合预期。 例如、在 V_control = 0.1V 时、我们得到 I_load = 0.33A、完全稳定且无振荡。

现在、我们生成了电路、发现电流振荡非常强。 为了测量电流、我们使用一个串联于60欧姆负载的0.11欧姆感应电阻器、并使用有源差分探头测量感应电阻器上的压降。 结果如下:

您可以看到电流在0A 到0.53A 之间振荡、平均值约为170mA、这正是我们的预期(在该测试中、V_control 等于50mV)。

振荡频率约为132kHz、这与环路的截止频率很远、因此我假设氙气灯与环路的不稳定无关。 是这样吗?
实际上、我并不期望实际截止频率 约为130kHz、 而仿真频率为1.8MHz。 如果我手动估算截止频率、它应该大致等于 GBWP*(1kOhm/(1kOhm+2kOhm))= 3MHz、这接近仿真的1.8MHz (至少它是相同的数量级、远远高于130kHz)。

此时、我认为问题来自 MOS 晶体管。 我将使用 Diodes Incorporated (ZXMN3A01E6 (diodes.com))的 ZXMN3A01E6 MOSFET、它具有低阈值电压(1V)和相对较低的栅极电容(大约200pF)。 由于 opa1688具有较低的开环输出阻抗、我预计输出阻抗和栅极电容给出的极点在环路带宽之外、因此它不会引起不稳定(仿真清楚地表明它以这种方式工作)。 在任何情况下、我都不希望振荡频率这么低!
此外、我尝试使用其他模型和双极晶体管来实验改变 MOS 晶体管、输出电流大致相同:它在130kHz 左右振荡、表明晶体管电容或稳定时间不是振荡的原因。

我还尝试了另一个 OPAMP 作为替代: OPA992 (OPA992数据表,产品信息和支持| TI.com),我得到了完全相同的结果。

最后、我尝试更改反馈网络:

-我尝试缩短270pF 电容器->相同的结果(显然、我必须降低 V_CONTROL、因为现在该级多增益3倍)

-我尝试更改2-kOhm 电阻器(从4kOhm 到20kOhm )-> Nopthing 更改

-我尝试了一个缓冲器配置(导线而不是2千欧和断路而不是1千欧)->它仍然在130kHz 振荡,但现在很少的振荡叠加在这个主要振荡上。 它们的频率大约为2MHz。 我想现在相位裕度不是很高、所以我最终看到不稳定振荡(大约为 MHz)、从而进一步让我相信130kHz 振荡有所不同。

yopu 能帮我稳定舞台吗? 我做错了吗?

提前感谢您。

此致、

亚历山德罗

  • 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。

    尊敬的 Alessandro:

    我使用 OPA1688和 ZXMN3A01E6 NMOS 晶体管模型对原始电路进行了 TINA-TI 瞬态仿真。  在此仿真中、我施加了具有30mV 直流失调电压和小信号阶跃或~5mV 峰值的1kHz 小信号方波的 VIN 信号来检查稳定性。  原始电路会振荡、显示不稳定:

    Vin ~5mVpeak 方波输入信号的原始电路:

    原始电路、瞬态输出响应显示振荡、不稳定:

    (*)下面是建议的修改电路。 在 OPA 输出端添加了一个1nF 反馈补偿电容器和一个1k Ω 串联电阻:

    修改后的电路瞬态响应如下所示、显示了预期的稳定输出响应:

    执行开环稳定性分析表明修改后的电路是稳定的、可提供69度的相位裕度。 对原始电路进行相同的分析后、原始电路表现出不稳定、且相位裕度为负。  

    请告知我们上述(*)建议的修改电路是否可在您的工作台上使用。  

    如果在修改电路后问题仍然存在、还请提供 IOUT、VGATE 和 VIN 的示波器图。

    谢谢。此致、

    路易斯