設計目標

設計說明

此低側電壓至電流 (V-I) 轉換器向可以連接到比運算放大器電源電壓更高的電壓的負載提供優質穩壓電流。該電路接受 0V 至 10V 的輸入電壓，并將其轉換為 0A 至 1A 的電流。通過將低側電流檢測電阻 (R₅) 中的壓降反饋回運算放大器，可以精確地調節電流。

設計說明

1. 電阻分壓器（R1 和 R2）用于限制同相輸入 V_in+ 和檢測電阻 R₅ 在滿量程時的最大電壓。
2. 對于非軌到軌輸入 (RRI) 的運算放大器，可能需要使用分壓器來將輸入電壓降低到運算放大器的共模電壓范圍內。
3. 將 R₅ 設為低電阻值，從而更大限度地增加負載順從電壓并降低滿量程時的功率耗散。
4. 使用高增益 BJT 可降低運算放大器的輸出電流要求。
5. 反饋元件 R₃、R₄ 和 C₁ 提供補償以確保穩定性。R₃ 隔離雙極結型晶體管 (BJT) 的輸入電容，R₄ 直接在電流設置電阻 (R₅) 上提供直流反饋路徑，C₁ 提供繞過 BJT 的高頻反饋路徑。
6. 在線性運行區域內使用運算放大器。線性輸出擺幅通常在器件數據表中 A_OL 測試條件下指定。

設計步驟

該電路的傳遞函數為：

1. 計算檢測電阻 R₅。檢測電阻應盡可能小，以最大限度地提高負載順從電壓并降低功率耗散。將檢測電阻的最大電壓設置為 100mV。將壓降限制為 100mV，將滿量程輸出時的檢測電阻內的功率耗散限制為 100mW。
   ${\text{Let V}}_{\text{in-(max)}}{\text{= 100mV at I}}_{\text{oMax}}\text{= 1A}$
   ${\text{R}}_{\text{5}}=\frac{{\text{V}}_{\text{in-(max)}}}{{\text{I}}_{\text{oMax}}}=\frac{\text{100mV}}{\text{1A}}\text{= 100m?}$
2. 為輸入端的分壓器選擇電阻 R₁ 和 R₂。在最大輸入電壓下，分壓器應將運算放大器的輸入電壓 V_in+(max) 降低至檢測電阻 R₅ 上的最大電壓。選擇 R₁ 和 R₂ 時，應確保不超過最大輸入電流。
   ${\text{V}}_{\text{in-(max)}}{\text{= V}}_{\text{in+(max)}}{\text{= I}}_{\text{iMax}}{\text{× R}}_{\text{2}}\text{= 100mV}$
   ${\text{R}}_{\text{2}}=\frac{{\text{V}}_{\text{in+(max)}}}{{\text{I}}_{\text{iMax}}}\text{=}\frac{\text{100mV}}{\text{200μA}}\text{= 500? ～ 499? (Standard value)}$
   ${\text{V}}_{\text{in+(max)}}{\text{= V}}_{\text{iMax}}\text{×}\left(\frac{{\mathrm{R}}_{\mathrm{2}}}{{\mathrm{R}}_{\mathrm{1}}+{\mathrm{R}}_{\mathrm{2}}}\right)$
   ${\text{R}}_{\text{1}}\text{= 49.5k? ~ 49.3k? (Standard value)}$
3. 有關如何正確調整補償元件 R₃、R₄ 和 C₁ 的大小的設計過程，請參閱設計參考部分 [3]。

設計仿真

直流仿真結果

交流仿真結果

瞬態仿真結果

設計參考資料

1. 有關 TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路說明書。
2. SPICE 仿真文件：SBOMB58。
3. TI 高精度實驗室

設計采用的運算放大器

設計備選運算放大器