设计目标

设计说明

此高侧电压转电流 (V-I) 转换器可为负载 R₄ 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 5A 的输出电流。通过将低侧电流检测电阻上的电压反馈回运算放大器来调节电流。与使用单个分立式晶体管相比，输出达林顿对可实现更高的电流增益。

设计说明

1. 由 R₁ 和 R₂ 构成的电阻分压器在输入端实现，以限制放大器同相端子和输出检测电阻 (R₅) 的满量程电压。
2. 达林顿对具有高电流增益，可降低对运算放大器输出电流的需求。
3. 较小的 R₄ 和 R₅ 值会导致负载顺从电压增加，并降低满量程输出状态下的功率耗散。
4. 反馈元件 R₃ 和 C₁ 提供频率补偿，以确保电路在瞬态变化期间的稳定性。它们还有助于减少噪声。R₃ 直接在电流设置电阻 R₅ 处提供直流反馈路径，C₁ 提供绕过 NPN 对的高频反馈路径。
5. 输入偏置电流会流经 R₃，将导致直流误差。因此，与运算放大器的失调电压相比，需确保该误差尽量小。
6. 选择线性输出电压摆幅至少包括 2 ✕ V_be+V_sense 的运算放大器。运算放大器的输出电压将比检测电阻的电压高约两倍的基极-发射极电压 V_be。
7. 在数据表 A_OL 测试条件下指定的线性工作区域内使用运算放大器。
8. 如有需要，可以在高频反馈路径和 T1 基极之间放置一个隔离电阻以确保稳定性。

设计步骤

该电路的传递函数通过以下步骤提供：

1. 根据最大输出功率耗散和最大输出电流的规格，确定 V_sense 的最大值。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{R}5\mathrm{Max}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{senseMax}}=\frac{{\mathrm{P}}_{\mathrm{R}5\mathrm{Max}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{oMax}}}=\frac{0.25\mathrm{W}}{5\mathrm{A}}=50\mathrm{mV}$
2. 计算检测电阻 R₅。
   $R_5=\frac{V_{\mathrm{senseMax}}}{I_{\mathrm{oMax}}}=\frac{\mathrm{50mV}}{\mathrm{5A}}=\mathrm{10m\Omega }$
3. 根据允许的最大输入电流 I_iMax 和所需的 V_senseMax 电压，选择 R₁ 和 R₂ 的值。
   $R_1=\frac{V_{\mathrm{senseMax}}}{I_{\mathrm{iMax}}}=\frac{\mathrm{50mV}}{\mathrm{200\mu A}}=\mathrm{250\Omega }\approx \mathrm{249\Omega }\mathrm{(Standard\; Value)}$
   $V_{\mathrm{senseMax}}=V_{\mathrm{iMax}}\times \left(\frac{R_2}{R_1+R_2}\right)$
   $R_2=\mathrm{49.6k\Omega }\approx \mathrm{49.9k\Omega (Standard value)}$
4. 有关如何正确调整补偿元件 R₃ 和 C₁ 的大小的设计过程，请参阅设计参考部分 [2]。

设计仿真

直流仿真结果

环路稳定性仿真结果

环路增益相位为 53 度。

顺从电压仿真结果

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. 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