Warum müssen die Eingänge dieses Operationsverstärkers mit CC-Schaltung geklemmt werden?

Ich studiere den Konstantstromkreis des HP E3610A DC-Werkbanknetzteils. Ich baue eine Versorgung mit ähnlicher Topologie mit oberflächenmontierten Komponenten auf, und der LF442 ist nicht in einem SOIC-8-Gehäuse erhältlich. Also muss ich diesen Operationsverstärker neu spezifizieren, was eigentlich willkommen ist, da das Nachvollziehen der gesamten Designübung der halbe Grund ist, warum ich das Projekt gestartet habe :).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

(Zum Vergrößern anklicken. Das Original befindet sich hier auf der 3. bis letzten Seite und enthält die Komponentenwerte für die mit Sternchen markierten.)

Der aktuelle Fehlerverstärker ist der Block rechts in der Mitte. Beachten Sie die beiden Klemmdioden über den Eingängen des Operationsverstärkers (1/2 LF442).

Ich frage mich, warum dieser Operationsverstärker Eingangsklemmdioden benötigen würde ?

  • Der nicht invertierende Eingang geht auf Masse (0 V bzgl. +12/-12 Versorgung, S+ in diesem Schema)
  • Der invertierende Eingang geht zu einem Summierpunkt, der bei 0 V liegt, wenn der Stromausgang gleich dem Sollwert für Konstantstrom (CC) ist.
  • Der Summierpunkt ist ein 20/1-Widerstandsteiler, der von R24 (50 K) und R23 (2,5 K) gebildet wird. R24 empfängt die Sollwertspannung, 0 bis -6 V auf der Oberseite, und R23 empfängt 0 bis 0,3 V von einem 0R1-Strommesswiderstand auf der Unterseite. Im schlimmsten Fall (maximaler Sollwert, tatsächlicher Strom null) werden -0,3 V an den invertierenden Anschluss angelegt.
  • Der Rückkopplungskondensator C12 hat 180 pF.
  • Ich gehe also davon aus, dass diese Spannungen wahrscheinlich nicht zu verrückt werden, und ich sehe keine Quelle für heftige Transienten beim Starten oder Herunterfahren. C12 könnte jedoch auf +/- 12 V aufgeladen werden, also ist das vielleicht etwas.
  • Der LF442 hat eine differenzielle Eingangsspannung von +/- 30 V, was meiner Meinung nach für Eingangsschutzzwecke ausreichend wäre.

Ich verstehe also nicht, warum die Klemmdioden benötigt würden. Ich nehme an, ich neige zu der Annahme, dass es darum geht, die Reaktionszeit beim Ein- und Ausschalten des CC-Modus irgendwie zu verbessern, anstatt die Eingänge des Operationsverstärkers zu schützen.

Kann mir jemand helfen zu verstehen, warum die Designer sie dort platziert haben könnten?

Sehen Sie, ob dies hilft: maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4035 nach unten für Differenzialdioden

Antworten (2)

Im Kleinsignalmodus (Strom innerhalb der Spezifikation bei variierenden Strömen) arbeitet U4B als Integrator. Interessanterweise hat U4A (die andere Hälfte des Verstärkers, die die eingestellte Stromreferenz bereitstellt) keine solchen Dioden an seinen Eingängen.

Die zwei Hauptgründe für Dioden an einem Eingang sind:

  1. Verhindern, dass die Eingangsgegentaktspannung verletzt wird

  2. Sicherstellen, dass die Schleife schnell reagieren kann.

Da ich keinen Mechanismus sehen kann, bei dem die Eingangsspannung im Differenzmodus verletzt werden kann, ist der andere Grund (wie Sie vermutet haben) der wahrscheinliche Schuldige.

Aufschlussreich ist eine Betrachtung von Kleinsignalverhalten und Großsignal (also im Slew-Rate-Limit):

LF442 Impulsantwort

Beachten Sie, dass die Zeitachse für Kleinsignal und Großsignal um eine Größenordnung unterschiedlich ist (0,5 μ s für Kleinsignal, 10 μ s für Großsignal). Zugegebenermaßen ist die Spannungsachse auch viel kleiner für kleine Signalantworten, aber das ist die Art von Antwort, die wir sehen möchten.

Damit der Integrator im Kleinsignalmodus richtig reagiert (und möglicherweise stabil bleibt, obwohl ich das nicht genau untersucht habe. Integratorstabilität oder deren Fehlen hat viele haarsträubende Tage verursacht), wenn er sich im Kleinsignalmodus befindet (und insbesondere beim Betreten und Verlassen des Kleinsignalmodus) wollen wir nicht, dass die Eingänge sehr stark voneinander abweichen, damit die dominante Schleifenantwort von C12 eingestellt wird.

Ich kann keinen anderen Grund für die Dioden erkennen (obwohl das nicht bedeutet, dass es keinen anderen Grund gibt ).

[Aktualisieren]

Da die Versorgung nur ohne angeschlossene Last in den Konstantstrommodus versetzt werden kann (siehe Seite 5 des Handbuchs), ist der Übergang vom Konstantstrom- in den Konstantspannungsmodus zu sehen.

Wenn der Ausgang der Versorgung die programmierte Maximalspannung überschreitet, greift U1 ein und übernimmt die Steuerung der Schleife, und dies entfernt tatsächlich (effektiv) U4B aus der Steuerschleife über die Operation des analogen ODER-Gatters CR4 und CR5.

In diesem Fall treten am U4B-Ausgang Transienten auf, die den Integrator leicht destabilisieren können. Jegliche Störungen werden rückgekoppelt, aber von den Dioden auf einen Diodenabfall um Vout herum geklemmt (wo R22 und R23 angeschlossen sind), wodurch schwerwiegende Ausgangsstörungen verhindert werden, die die Leistung des Spannungsfehlerverstärkers beeinträchtigen.

Sehr hilfreiche Antwort Peter, vielen Dank :) Wenn ich genauer hinsehe, sehe ich, dass der Schwenk nach oben (und zurück auf 0-ish) unvermeidlich ist. Im Konstantspannungsmodus (CV) wird der U4B-Ausgang auf die obere Schiene getrieben, vielleicht 10 V, sogar durch den Sub-Dioden-Drop-Sollwert von -0,3 V. Es wird also eine Großsignalverzögerung von vielleicht 20 us beim Übergang in den CC-Modus geben. Aber ich denke, die 180pF-Kappe würde den invertierenden Eingang auf 10 V treiben, wenn der Ausgang auf 0 zurückpeitscht, und eine der Dioden würde dies klemmen, die andere Diode klemmt ihn davon ab, kurzzeitig auf -10 V zu gehen, wenn er in CV eintritt Modus. Stimmen Sie zu?
Hallo Scanni. Die Beantwortung wird eine Weile dauern, also muss ich ungefähr einen Tag warten, bis ich genug Zeit habe, die Antwort richtig zu aktualisieren.

Die Dioden schützen den Operationsverstärker vor Überspannung, die am Ausgang des Netzteils auftreten kann (ich kann einige "schlechte Dinge" tun, indem ich die Versorgung an den zu testenden Schaltkreis anschließe). Er ist über R23, R27, R34 direkt mit dem Ausgang verbunden.

Dies kann hilfreich sein: http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/49-10/esd-diodes.html

Warum müssen die Eingänge dieses Operationsverstärkers mit CC-Schaltung geklemmt werden?
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