Los robustos amplificadores operacionales de alto voltaje mantienen una alta impedancia de entrada con entradas accionadas por separado o cuando están apagados

Introducción

Los amplificadores operacionales Over-The-Top de Linear Technology tienen una topología de etapa de entrada que les permite funcionar en bucle cerrado muy por encima del carril de potencia positivo. Las entradas permanecen en alta impedancia cuando se separan de la tensión y también cuando se apagan o en caso de pérdida total de energía. Son esenciales en los sistemas robustos en los que se requiere fiabilidad ante la incertidumbre de la secuencia de alimentación. Los LT6015, LT6016 y LT6017 amplían la capacidad de tensión de entrada operativa del amplificador operacional hasta 76 V, y mejoran la precisión con una tensión de offset ajustada de 350μV (máx.) en todas las tensiones de entrada de modo común y temperatura.

Topología de entrada-Teoría de funcionamiento

En la figura 1 se muestra una etapa de entrada sobre el terreno. En modos comunes bajos, los PNP Q1 y Q2 forman un par diferencial de precisión convencional con una corriente de cola suministrada por I1. El par diferencial pasa sus corrientes de colector al par de cascadas plegadas Q7, Q8, que luego accionan la etapa de salida. Cuando el modo común se eleva a menos de 1V desde el carril de alimentación superior, Q9 empieza a robar la corriente de cola del par diferencial y la pasa a través del Widlar de Q11, Q12 que, a su vez, polariza el par de diodos conectados Q3, Q4 que, a su vez, polariza el par de bases de precisión común Q5, Q6. Los colectores de Q5 y Q6 se ponen en paralelo en el mismo código de cascada plegado que antes. Así, el par de difusores Q1, Q2 y el par de bases comunes Q5, Q6 están esencialmente en paralelo, y cada par maneja un rango de modo común de entrada específico. El verdadero poder de este enfoque es que Q12 (y todas las demás uniones implicadas) pueden manejar la friolera de 76V. Esto significa que la etapa de entrada Q5, Q6 está activa y es precisa incluso cuando se conduce muy por encima de V+y el op-amp permanece en bucle cerrado mientras la retroalimentación pueda entrar también. Ten en cuenta que Q5 y Q6 no proporcionan ninguna ganancia de corriente, por lo que la corriente de compensación de 15nA del LT6015 en el peor de los casos aumenta a 500nA en el modo Over-The-Top.

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Figura 1. La etapa de entrada de la LT6015 puede funcionar en modo común hasta 76 V, independientemente de la tensión de alimentación positiva.

Un circuito útil que proporciona retroalimentación «allá arriba»

El circuito de la figura 2 es un simple amplificador diferencial de 4 resistencias. Las tensiones de entrada diferencial aplicadas a VEN aparecen en la salida, ganan un factor de 100 con un efecto relativamente pequeño de VCMespecialmente cuando se ajusta el ajuste de la CMRR. Las entradas del amplificador óptico son capaces de navegar en modo común hasta 76 V por encima de la alimentación de -5 V. La VCM + VEN las tensiones aplicadas a las resistencias de entrada pueden ser ligeramente superiores debido a la atenuación del divisor resistivo en la entrada +. El error de entrada en el peor de los casos en los extremos de la tensión de entrada debido a la corriente de offset es de 500μV, con la mejor precisión típica entre -5V y +5V.

Figura 2. 100 de ganancia del amplificador diferencial. La etapa de entrada superior del LT6015 puede manejar tensiones de entrada en modo común de 76V por encima de Vindependientemente de la tensión de alimentación positiva.

Detección de corriente de lado alto

El circuito de la figura 3 es un amplificador de detección de corriente de alta precisión que funciona en un amplio rango de modo común de entrada y pasa a alta impedancia cuando desaparece su alimentación. Las entradas del amplificador óptico se mantienen altas y la retroalimentación se desplaza hacia arriba a través del FET. Como el FET funciona desde VBATla salida se bloquea al acercarse a VBAT – VR1 – VDS. R1 y R3 definen la precisión de la ganancia. Podrías pensar que R2 es una resistencia de tolerancia del 5%, pero se añade para rechazar con precisión los errores de CC creados por la corriente de polarización de entrada, que es bastante alta en el modo Over-The-Top, por lo que un 1% no es un desperdicio. R4 está ahí por Jim Williams, que nunca quiso ver una puerta de MOSFET sin una resistencia en ella. R5 es una resistencia limitadora de corriente con aviso. Si este circuito se utiliza con una tensión de VBAT y VSUMINISTROy controla los circuitos descendentes que se alimentan de una fuente inferior, o que están apagados, y si los circuitos descendentes tienen diodos de protección en sus carriles, los fallos imprevisibles del sistema pueden llevar la puerta del FET a un nivel alto, poniendo toda la VBAT tensión a través de R3. R5 mantiene a raya cualquier diodo de protección o cortocircuito aguas abajo, y debe dimensionarse según el valor y la potencia, suponiendo que el FET pueda encenderse con fuerza. Este es un ejemplo de las consideraciones de los circuitos necesarias para diseñar la robustez de los sistemas de alta tensión.

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Figura 3. El amplificador de detección de corriente del lado alto funciona hasta 76 V incluso con una sola alimentación de 5 V. El FET proporciona retroalimentación. La salida a escala completa está limitada por VBAT Y VSUMINISTRO. La resistencia de salida de 330Ω es una precaución – véase el texto. Para un funcionamiento robusto, si VSUMINISTRO Se convierte en baja o se suprime por completo, todas las entradas se convierten en alta impedancia por lo que VBAT No está cargado.

Para ampliar la capacidad de funcionamiento del amplificador de detección de corriente del lado alto a tensiones de entrada más bajas, se puede utilizar el LT6016 doble, como se muestra en la Figura 4. Al tomar menos ganancia en la primera etapa, la tensión de la fuente del MOSFET permanece baja, lo que permite limitar la tensión de modo común de entrada a 0,2V. La ganancia del circuito se recupera en la segunda etapa del amplificador.

Figura 4. Amplificador de detección de corriente de lado alto ampliado con VFUENTE Hasta 0,2V.

Conclusión

La familia LT6015 de amplificadores de sobrecarga proporciona al diseñador de sistemas industriales una solución de precisión para la supervisión de alta tensión utilizando carriles de alimentación regulados de baja tensión convencionales. Estos amplificadores llevan incorporados mecanismos de protección para muchas condiciones extremas de funcionamiento que garantizan la robustez de los diseños.

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