设计目标

设计说明

此低侧电压至电流 (V-I) 转换器向可以连接到比运算放大器电源电压更高的电压的负载提供优质稳压电流。该电路接受 0V 至 10V 的输入电压，并将其转换为 0A 至 1A 的电流。通过将低侧电流检测电阻 (R₅) 中的压降反馈回运算放大器，可以精确地调节电流。

设计说明

1. 电阻分压器（R1 和 R2）用于限制同相输入 V_in+ 和检测电阻 R₅ 在满量程时的最大电压。
2. 对于非轨到轨输入 (RRI) 的运算放大器，可能需要使用分压器来将输入电压降低到运算放大器的共模电压范围内。
3. 将 R₅ 设为低电阻值，从而更大限度地增加负载顺从电压并降低满量程时的功率耗散。
4. 使用高增益 BJT 可降低运算放大器的输出电流要求。
5. 反馈元件 R₃、R₄ 和 C₁ 提供补偿以确保稳定性。R₃ 隔离双极结型晶体管 (BJT) 的输入电容，R₄ 直接在电流设置电阻 (R₅) 上提供直流反馈路径，C₁ 提供绕过 BJT 的高频反馈路径。
6. 在线性运行区域内使用运算放大器。线性输出摆幅通常在器件数据表中 A_OL 测试条件下指定。

设计步骤

该电路的传递函数为：

1. 计算检测电阻 R₅。检测电阻应尽可能小，以最大限度地提高负载顺从电压并降低功率耗散。将检测电阻的最大电压设置为 100mV。将压降限制为 100mV，将满量程输出时的检测电阻内的功率耗散限制为 100mW。
   ${\text{Let V}}_{\text{in-(max)}}{\text{= 100mV at I}}_{\text{oMax}}\text{= 1A}$
   ${\text{R}}_{\text{5}}=\frac{{\text{V}}_{\text{in-(max)}}}{{\text{I}}_{\text{oMax}}}=\frac{\text{100mV}}{\text{1A}}\text{= 100mΩ}$
2. 为输入端的分压器选择电阻 R₁ 和 R₂。在最大输入电压下，分压器应将运算放大器的输入电压 V_in+(max) 降低至检测电阻 R₅ 上的最大电压。选择 R₁ 和 R₂ 时，应确保不超过最大输入电流。
   ${\text{V}}_{\text{in-(max)}}{\text{= V}}_{\text{in+(max)}}{\text{= I}}_{\text{iMax}}{\text{× R}}_{\text{2}}\text{= 100mV}$
   ${\text{R}}_{\text{2}}=\frac{{\text{V}}_{\text{in+(max)}}}{{\text{I}}_{\text{iMax}}}\text{=}\frac{\text{100mV}}{\text{200µA}}\text{= 500Ω ∼ 499Ω (Standard value)}$
   ${\text{V}}_{\text{in+(max)}}{\text{= V}}_{\text{iMax}}\text{×}\left(\frac{{\mathrm{R}}_{\mathrm{2}}}{{\mathrm{R}}_{\mathrm{1}}+{\mathrm{R}}_{\mathrm{2}}}\right)$
   ${\text{R}}_{\text{1}}\text{= 49.5kΩ ~ 49.3kΩ (Standard value)}$
3. 有关如何正确调整补偿元件 R₃、R₄ 和 C₁ 的大小的设计过程，请参阅设计参考部分 [3]。

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

瞬态仿真结果

设计参考资料

1. 有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路说明书。
2. SPICE 仿真文件：SBOMB58。
3. TI 高精度实验室

设计采用的运算放大器

设计备选运算放大器