Надійні високовольтні ОУ сімейства Over-The-Top компанії Linear Technology

Наши партнеры ArtmMisto

Журнал РАДІОЛОЦМАН, червень 2015

Glen Brisebois, Linear Technology

Design Note 533

Вступ

випускаються Linear Technology операційні підсилювачі (ОУ) сімейства Over-The-Top (у вільному перекладі: Вище-Дахи) мають топологію вхідних каскадів, що дозволяє їм при замкнутої зворотного зв'язку працювати з напругою, що набагато перевищують напруга позитивної шини живлення. Входи цих мікросхем залишаються в високоімпедансних стані навіть при виключенні або повному зникненні живлення. Подібні прилади незамінні в системах, де невизначеність послідовності включення харчування вимагає особливої ​​надійності компонентів. мікросхеми LT6015 , LT6016 і LT6017 розширюють діапазон допустимих вхідних напруг ОУ до 76 В, а зменшене за рахунок лазерної підгонки напруга зсуву, що не перевищує 350 мкв у всьому діапазоні вхідних синфазних напруг і робочих температур, дозволяють підвищити точність додатків.

Топологія вхідного каскаду. Принцип роботи

На рисунку 1 зображено вхідний каскад підсилювача Over-The-Top. При невеликих синфазних напружених PNP транзистори Q1 і Q2 являють собою саму звичайну узгоджену диференціальну пару з генератором струму I1. Колекторні струми транзисторів диференціальної пари течуть в каскодних пару Q7, Q8, яка, в свою чергу, управляє вихідним каскадом. Коли синфазное напруга перевищить напругу верхньої шини харчування приблизно на 1 В, Q9 почне забирати струм генератора у диференціальної пари, який потече через струмовий дзеркало Відлар Q11, Q12, відкриваючи включені діодами транзистори Q3, Q4, які, в свою чергу, відкриють узгоджену пару Q5 і Q6, включену за схемою із загальною базою. В результаті Q5 і Q6 виявляться включеними паралельно тій же каскодной схемою. Тому диференціальна пара Q1, Q2 і пара включених із загальною базою транзисторів Q5, Q6, по суті, паралельні, і кожна пара працює в своєму діапазоні вхідних синфазних напруг. Сила такого підходу полягає в тому, що транзистор Q12, як і всі інші переходи схеми, може працювати при величезному напруженні 76 В. Це означає, що вхідний каскад Q5, Q6 активний і зберігає точність навіть тоді, коли напруга піднімається вище V +, і петля зворотного зв'язку ОУ залишається замкнутою. Майте на увазі, що Q5 і Q6 не посилюють струм, внаслідок чого найгірше для LT6015 значення струму зміщення 15 нА в режимі Over-The-Top виростає до 500 нА.

Простий диференційний підсилювач

На рисунку 2 зображена схема простого диференціального підсилювача з чотирма резисторами. Диференціальні вхідні напруги VIN доходять до виходу посилені в 100 разів з відносно невеликим впливом VCM, особливо, коли виконана підстроювання коефіцієнта придушення синфазного сигналу (CMRR). Синфазні напруги на входах ОУ можуть на 76 В перевищувати напруга шини -5 В. Додані до вхідним резисторам напруги VCM + VIN можуть бути трохи більше за рахунок їх ослаблення резистивним дільником на неінвертуючий вході. Обумовлена ​​струмом зміщення вхідні помилка в гіршому випадку при високому вхідному напрузі становить 500 мкв, і істотно зменшується, якщо напруга знаходиться в межах між -5 В і +5 В.

Диференціальний підсилювач з коефіцієнтом
посилення 100. Вхідний каскад підсилювача Over-The-Top
мікросхеми LT6015 може працювати при синфазних
напружених, що перевищують напругу шини
V- на 76 В, незалежно від величини напруги
позитивної шини живлення.

Вимірювання струму верхнього плеча

На рисунку 3 показана схема високоточного підсилювача датчика струму позитивної шини, здатна працювати в широкому діапазоні синфазних вхідних напруг і залишається в стані високого вхідного імпедансу після зникнення її харчування. На входи ОУ подається висока напруга, а рівень напруги зворотного зв'язку зсувається МОП транзистором. Оскільки МОП транзистор живиться напругою VBAT, вихідна напруга обмежується рівнем VBAT - VR1 - VDS. R1 і R3 задають коефіцієнт посилення. Хто-небудь може подумати, що резистор R2 може мати 5-відсотковий допуск, проте його опір вносить вклад в помилку по постійній напрузі, створювану вхідним струмом зміщення, який в режимі Over-The-Top досить великий, тому вибір 1% тут цілком обгрунтований . R4 доданий для тих, кому не подобається, коли затвор MOSFET включений без опору. Якщо схема, працюючи при більш високих напругах VBAT і VSUPPLY, управляє наступним каскадом, напруга живлення якого нижче або вимкнено, і цей каскад має захисні діоди, підключені до шин харчування, то виникають в системі непередбачувані кидки можуть приводити до включення МОП транзистора, в результаті чого на R3 буде падати все напруга VBAT. R5, певною мірою, ізолює схему від захисних діодів і замикань наступного каскаду; його опір і потужність повинні вибиратися відповідно до характеристиками транзистора і наступного каскаду. Це приблизний перелік міркувань, які треба брати до уваги, розробляючи надійні схеми для високовольтних систем.

Щоб розширити робочу область підсилювача датчика струму позитивної шини в сторону більш низьких напруг, можна скористатися подвійною мікросхемою LT6016, включивши її так, як показано на рисунку 4. Вибір меншого посилення першого каскаду дозволяє знизити напругу витоку MOSFET, даючи можливість зрушити кордон малих вхідних синфазних напруг до 0.2 В. Наступним каскадом посилення схеми відновлюється.

висновок

Сімейство ОУ Over-the-Top LT6015 / 16/17 дозволяє розробникам промислових систем створювати прецизійні пристрої для контролю високих напруг, використовуючи звичайні низьковольтні шини харчування. Наявні в цих підсилювачах вбудовані механізми захисту від безлічі екстремальних режимів гарантують високу надійність схемних рішень.

Матеріали по темі

1. Linear Technology LT6015.