本帖最后由 kk的回忆 于 2021-4-28 21:05 编辑
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最近在选型一款高压侧电流检测芯片，很多芯片厂商都有类似芯片推荐，TI的INA168，ADI家的LTC6101，Maxim的MAX4372。工作原理是将采样电阻的电压转移到运放输入级的电阻Rin，芯片输出端外接下拉电阻Ro，实现增益可调的效果，G=Ro/Rin。
但是通过对三个芯片的原理图框图分析，发现输出反馈接回输入端的位置不一样。觉得ADI的LTC6101接入的做法才是负反馈，TI的INA168和Maxim的MAX4372是不是原理框图画错了，毕竟反馈接到了运放的同相端，这样子还是负反馈吗？认为这种接法是用了正反馈，工作起来是要振荡的？ 对于这个疑问，还去TI的论坛咨询了一番。当然，Datasheet中拼写错误是有的。但这个原理性的错误，在Datasheet上面是不会弄错的，只是我没有弄懂这个工作原理。对电路的实际连接方式没有深入理解的。
负反馈是有判定方法的，并不是之前机械的**，反馈点连接到反相端才是负反馈电路。在这里和坛友一起分享下我的理解过程，其实两种电路都是负反馈的，运放的输出级是接的不同晶体管，TI的INA168输出级接的是NPN三极管，反馈信号是从NPN的集电极反馈到运放的同相端V+，所以NPN三极管的集电极输出相对基级输入（运放的输出）已经有了180°的反相。当运放输出Vo电压降低，Ib就会降低，Ic也会降低，这个时候集电极电压Vc就会增加，运放的同相端电压V+就会增加，这个时候又会使得输出Vo再次增加。
因此，运放输出的降低会导致Vo的再次增加，正是由于这个反相，信号是运放的反相端输入的话，需要将运放同相端作为反馈点。 ADI的LTC6101的芯片的运放输出端是使用PMOS，从PMOS的源级反馈，因此PMOS的源极输出相对栅级输入（运放的输出）是同相位的，要实现负反馈的功能，需要将运放反相端作为反馈点。 两种原理框图连接的电路是不同的，所以反馈点选用也是不一样的。 虽然两种结构都是负反馈，但是实现功能的时候还是有些区别，比如下图两个电压跟随器的设计中，反馈点分别是同相端和反相端，但是图1的输出电压明显受到NPN的BE之间Vbe=0.6V的限制，输入Vin=4V，输出最大电压Vo=Vin-Vbe=3.4V。如果Q1使用MOSFET替代，那么Vgs的控制电压更大，一般Vgs有2V左右，将会导致输出电压更低。所以图1的射级跟随器的设计会导致输出电压达不到要求。
使用图2的电路设计，输出电压就不受Vbe的影响，输出电压压降就是Vce，即使使用MOSFET，也可以保证输出电压跟随输入电压的。 由于图1的使用输出电压受限到的劣势，TI的芯片也渐渐的不使用这种结构了，在其新的电流检测芯片INA180，INA186就是使用差分输入信号了。 电路看起来不复杂，要是仅仅是单纯记住运放的反馈点是反相端，这样电路就会分析不下去。还是要结合实际电路做分析的。 这个帖子下午发了之后，有坛友私信说即使用PNP的接法，这个电路也是工作不起来的，震荡的厉害。由于仅仅是对芯片的原理框图不理解，才对相关电路进行分析，没有仿真看结果。赶紧仿真看了结果，输出完全是不能看的。这个仿真输出看样子是正反馈震荡吗？之前的分析结果是错误的吗？ 由于对LTSPICE仿真loopgain不熟悉，只能得到闭环增益曲线，对判定系统稳定性没有太多帮助。 重新使用TINA仿真查看环路的相位余量和增益余量，经过仿真得知，在此电路下根本没有相位余量的，系统肯定不稳定的，所以反馈还是负反馈，但是由于环路余量不够，所以引起震荡的。 由于对环路稳定性改进水平有限，需要增加零极点来补偿。尝试加了两个电容后，loopgain的相位余量有86°。 随后使用LTSPICE进行仿真，输出基本跟随输入，有些许过冲，也能符合要求。但是对于INA168,LTC6101等芯片，这些环路稳定性肯定考虑到了，外加电路也不会引起震荡。至于如何才能让系统更稳定，大家可以发表看法来改进的。 从一个芯片选型，让我更加深入了解负反馈的应用。负反馈书本介绍是说：使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，从而系统趋于稳定。以后电路设计要根据电路特性分析，不能只记一个概念的。这样才能灵活应用电路，得到自己需要的数据。 附件有用到的LTspice和TINA的仿真电路，感兴趣的也可以仿真看看的。
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