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十分见问题第190期:可调高压电源兼具精度和可重复性合适传感器偏置运用
| 发布时间: 2022-09-21 23:42:42 来源:亚博游戏下载 | | 分享到:

  供给高精度输出的可调高压电源很难构建。时刻、温度和出产过程中的差异等带来的漂移一般都会导致差错。传统上用于反应的阻性网络是常见差错源。本文提出一种运用集成电路(IC)反应途径的新颖规划。此电路用于传感器偏置运用,与运用电阻网络供给反应的规划比较,精度更高,漂移更低,愈加灵敏,乃至还能节省本钱。

  图1显现了构建可调高压偏置电路的传统办法。DAC用于发生操控电压,运算放大器用于供给增益。图1中的电路供给~0 V至110 V的输出,操控电压规模为0 V至5 V。

  因为高压传感器常常具有适当高的容性,因而一般运用电阻(R2)来将运算放大器输出与负载阻隔,防止潜在的安稳性问题。

  在某些情况下,这些电路作业得十分好。当需求更高的精度或更共同的长时刻功用时,运用IC完成反应是有利的。

  图2中的电路主要由三部分组成:操控电压、积分器和反应途径。如上文所述,反应由集成电路而非电阻网络供给。

  积分器挑选LTC6090。LTC6090是一款高压运算放大器,能够供给轨到轨输出和皮安级输入偏置电流。低输入偏置电流关于完成所需的高精度至关重要。此外,LTC6090供给的开环增益典型值大于140 dB,因而有限环路增益导致的体系差错大大减小。

  LTC6090将反应电压与操控电压进行比较,并将差值(即差错)积分,从而将输出(VBIAS)调整到所需的设定值。由R1和C1构成的时刻常数设定积分时刻,这不会影响放大器精度,因而不需求精细元件。为进行测验,负载建模为11 kΩ电阻与2.2μF电容并联。

  LT1997-2差动放大器为反应环路供给22倍(增益 = 0.4545...)的衰减。完成22倍衰减所需的衔接能够经过LTC1997-2在线核算器轻松确认。该东西的屏幕截图如图3所示。

  LT1997-2十分灵敏,支撑广泛的增益/衰减组合。数据手册中供给了示例,评价板经过跳线可选设置支撑许多增益组合。

  ■ DC1979A:LTC6090 140 V轨到轨输出运算放大器评价板(经修正以用于测验)

  运用AD5683R评价板设置电路的操控电压。该板经过USB端口衔接到运转ADI公司ACE(剖析、操控、评价)软件的笔记本电脑。ACE供给了一个简略的GUI来装备AD5683R并设置DAC输出电压。输出电压供给高压偏置输出的设定值。

  表1和图7中的丈量在24°C环境温度下运用Keysight 34460A DMM进行的。AD5683R评价板的输出校准到四个小数位,并经过ADI公司的ACE软件进行操控。这些成果来自一组电路板,不代表最小/最大标准。

  请留意,在~40 V输出以下,差错由电路内的放大器失调主导。在低偏置电压下,失调的起伏比增益差错更大。在较高偏置电压下,失调奉献的差错百分比较小,增益差错占主导地位。本文后面会供给差错剖析和更详细信息。

  将一个阶跃函数运用于不同电压的操控输入。丈量输出和反应电压(参见图8至图10)。请留意,偏置电压以斜坡方式滑润地变至所需的值。

  调查电源和信号的发动波形。这是为了保证不会将高电压意外运用于偏置输出。AD5683R供给从0 V开端的操控电压。跟着电源电压升高,在偏置输出端调查到~3V的小毛刺。鉴于偏置输出的高压性质,这对测验意图而言是能够承受的。

  假如要在出产体系中运用该电路,主张操控电源时序,使得操控电压首要运用,然后高压电源发动。该上电次序将能防止发动过程中偏置电压输出端呈现高压尖峰对的或许性。一款简略的时序操控器(如ADM1186)便足以完成该功用。

  LTC6090评价板安装在LT1997-2评价板的底部。测验设置只需求修正这些评价板。DAC和电源评价板以库存装备运用,为简略起见不予以显现。

  经核算,110 V偏置输出时的最大差错为0.0382%或42 mV,其间包含器材改变和全温度规模(-40°C至+125°C)内的改变所发生的悉数差错。经核算,110 V偏置输出时的典型差错为0.00839%,这与实测成果(0.008%或9 mV)相吻合。

  测验期间运用的硬件由±5 V、24 V和120 V电源供电。以下是关于怎么挑选这些电源轨的一些附加阐明:

  ※ 为了完成DAC的5 V输出,电源电压或许有必要略高于5 V。即便小负载也或许约束最大输出值。有关其他信息,请参阅AD5683R数据手册第15页上的图38。

  ※ 电路在-5 V时需求的电流小于25 mA,简略的电荷泵逆变器就足够了。作为比如,能够考虑ADP5600。

  ※ 挑选该电压是为了防止Over-The-Top®操作。LT1997-2的某些特性在Over-The-Top区域中会劣化。有关其他信息,请参阅LT1997-2数据手册的第14页。

  咱们来比较图1所示传统办法与图2所示IC反应办法的几个规划目标。关于此比较,挑选LT1997-2(参见图14)作为反应网络的IC。请留意,LT1997-2中嵌入了高度匹配的精细电阻。

  表3 LT1997-2与两个1206分立精细电阻的比较(留意:挑选1206是因为其作业电压为200 V)

  尽管LT1997-2比两个芯片电阻贵得多,但其功用要好得多。与金属膜电阻网络比较,LT1997-2在尺度和本钱方面均有优势。与硅基电阻网络比较,LT1997-2在精度和作业电压方面有优势。此外,比较于一切竞赛解决方案,LT1997-2内集成不同电阻值是一个长处,在需求的时分能够经过外部跳线供给增益灵敏性。

  运用集成精细电阻的IC还有一个或许不是很明显的长处。放大器的求和结埋在器材内,未露出给PCB。因而,这些灵敏节点得以免受搅扰输入的影响。别的,在许多增益装备中,内部电阻外接到地或输出,防止了或许影响电路精度的走漏途径。走漏途径是较高电压电路中的常见差错源。有关此论题的更多信息,请参阅LTC6090数据手册的第14页。

  可调高压偏置电路传统上选用运算放大器,经过电阻反应网络发生精细输出。尽管这种办法很简单了解,但完成精细、可重复的功用很困难。运用IC而不是电阻网络来供给反应,能够供给更精确、更共同的成果。

  Lionel Wallace于2009年参加ADI公司。在ADI公司任职期间,他担任过多个工程和出售职务。Lionel现在在阿拉巴马州作业,担任现场运用工程师。Lionel具有奥本大学电气工程学士学位和阿拉巴马大学亨茨维尔分校电气工程硕士学位。联系方式:lionel.。

  Jason Fischer是ADI公司帮忙美洲东部出售团队的运用工程师。他担任支撑多种产品,要点是工业、电信、医疗和军事运用的开关形式电源的原型规划和评价。他曾经的作业经验包含出产办理、电路规划、测验体系开发和RF监管测验。Jason于2014年取得宾夕法尼亚州布鲁斯堡大学电子工程学士学位。联系方式:jason.。

  Ben Douts是ADI公司在南卡罗来纳州的现场运用工程师。他从事过多方面作业,包含测验工程和集成电路规划,要点重视精细模仿电路和电源办理。Ben于1998年取得麻省理工学院电气工程学士学位。联系方式:benjamin.。