用任意波形函数发生器生成可控电 “流” 源



  • 大哥们看看这思路可行否?

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    设计指标:

    • 直流 / 交流
    • 100 uA - 10 A
    • 可调精度 0.01% @ 满档; 0.1% @ 1/10 满档
    • 追溯源:3458A 电压测量 + 外接分流器
    • 仅求短稳:每 24 小时重新测量


  • 没有看懂,只觉得交流100ppm难度不算小。尽管是短稳。



  • 可能有几个问题/探讨
    1、Rsense的切换,大电流比较麻烦,手动开关?
    2、感觉100mV的full scale还是有点低,尤其是是对于小电流场合,使得热电动势/噪声的影响大,成为阻碍达到0.01%的因素之一
    3、AD795精度比较差(Vos大、噪声大)
    4、不知Rsense和R2到R5都选什么,这些对最后的精度/温漂有直接影响
    5、大电流恒流源容易自激振荡,没见防范措施
    6、OPA541效率比较低,大电流输出下发热严重,需要加强散热措施,否则会影响别人也影响自己的SOA
    7、大电流场合,开机加电后会有较长的不稳定期



  • @lymex 回复如下:

    1、Rsense的切换,大电流比较麻烦,手动开关?

    答:继电器切换

    2、感觉100mV的full scale还是有点低,尤其是是对于小电流场合,使得热电动势/噪声的影响大,成为阻碍达到0.01%的因素之一

    答:Keysight 33500B 的调节精度只有四位,即 99.98 mV - 99.99 mV - 100.0 mV - 100.1 mV。相对于 +/-12 V 的恒源电压,扣除 OPA541 的 roomhead 电压,尽可能将剩下的电压空间预留给外部测试线的 burden 电压,这样对测试线的电阻要求会相对宽松。

    3、AD795精度比较差(Vos大、噪声大)

    答:主要贪图 Ibias 和 Ios 小,在生成小电流时不至于和 Rsense 抢电流。大哥可有更好的提议?

    4、不知Rsense和R2到R5都选什么,这些对最后的精度/温漂有直接影响

    答:Rsense 尽可能选低温漂的,精度不计,反正用 3458A 每天进行朔源。R2/R3/R5/R6 打算用 LT5400-1,匹配温漂有保障。

    5、大电流恒流源容易自激振荡,没见防范措施

    答:这个该怎么搞?还请赐教。主要设计指标:
    10 A 档 = DC ~ 10 kHz
    1 A 档 = DC ~ 30 kHz
    100 mA 档以下 = DC ~ 100 kHz

    6、OPA541效率比较低,大电流输出下发热严重,需要加强散热措施,否则会影响别人也影响自己的SOA

    答:这个加散热片 + 风扇,必要时用液循环降温也在所不惜!

    7、大电流场合,开机加电后会有较长的不稳定期

    答:选用大功率的 Rsense 可有帮助?



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    100% 满档仿真,貌似还可以。

    100 uA 满档输出在 105 uA 左右,因为 Rsense 为 1 kohm,而 R5 + R6 为 20 kohm,有约 21 份之一的电流被 R5 + R6 给抢了。把 U2 换成 AD8220 或 INA111 试试。



  • 2、给外部保留更多的电压,这个倒不必考虑,因为即便把Rsense电压提高到0.5V,也没有多大。
    其实外部burden电压一般都比较小,这在12V供电的场合下应该足够。我设计的10A、50A直流恒流源都是单锂电压,最低3V,这个时候才需要压缩内部burden电压。
    3、运放有,即便Ib小的FET运放,比如OPA140。
    其实最小档100uA足够大,其0.01%就是10nA,很多高精度运放都符合。
    5、交流的防自激措施难一些,因为很多自己其频率就是kHz级别的,可以参考Fluke 5220A的电路图,或者HP的电源和假负载的。
    直流恒流源的防自激好办一些,参见“一步一步做个电流源”
    7、选大功率Rsene、低温漂的Rsene、加强散热,这些对开机时间都有帮助



  • 将 U1 更换成集成 INA (AD8220),Vsense 放大 10 倍,对比 33500B 1 Vdc/Vrms = Full scale。100 uA 抢电问题解决。

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    LTspice 仿真 100%、50% 及 20% 满档。

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    AD8220 只有 MSOP-8 封装,不好使。弄个 INA111 试试。



  • @lymex 回复如下:

    2、给外部保留更多的电压,这个倒不必考虑,因为即便把Rsense电压提高到0.5V,也没有多大。
    其实外部burden电压一般都比较小,这在12V供电的场合下应该足够。我设计的10A、50A直流恒流源都是单锂电压,最低3V,这个时候才需要压缩内部burden电压。

    答:这里还有两个考量:
    (一)Rsense 电阻的值一般都是 10 mohm、100 mohm、1 ohm、10 ohm 等整倍数的电阻相对比较容易采购。我一般在 Digikey 或 Mouser 上找现货的电阻。如果将 Vsense 满档设成 0.5 Vrms,一来 50 mohm、500 mohm、5 ohm、50 ohm 等的电阻值相对的选择就少,况且小电阻值无论并联或串联都注定损害单一电阻的指标。
    (二)就是功率的考量。电压大五倍,功率则是增加 25 倍,可不是闹着玩的。这是一个电压与功率之间的取舍问题,

    3、运放有,即便Ib小的FET运放,比如OPA140。
    其实最小档100uA足够大,其0.01%就是10nA,很多高精度运放都符合。

    答:已解决,AD8220 与 INA111 之间二选一。

    5、交流的防自激措施难一些,因为很多自己其频率就是kHz级别的,可以参考Fluke 5220A的电路图,或者HP的电源和假负载的。直流恒流源的防自激好办一些,参见“一步一步做个电流源”

    答:发现 C5 对高频大电流有影响,具体怎么调还不清楚,可能会增加第三颗 OPA541 来分摊电流。

    7、选大功率Rsene、低温漂的Rsene、加强散热,这些对开机时间都有帮助

    答:暂定:

    Sense Resistance per Range (100 mV full scale)

    电流档 电阻值 品牌 型号 误差 功率 温漂 峰值电流 满档功率
    10 A 10 mΩ Riedon PCS-0R01D1 ±0.5% 40 W 10 ppm/°C 63 A 1 W
    1 A 100 mΩ Vishay Y09590R10000F9L ±1% 10 W 3 ppm/°C 10 A 100 mW
    100 mA 1 Ω Vishay Y14681R00000B9L ±0.1% 10 W 0.2 ppm/°C* 3.2 A 10 mW
    10 mA 10 Ω Vishay Y169010R0000T9L ±0.01% 8 W 0.2 ppm/°C* 890 mA 1 mW
    1 mA 100 Ω Vishay Y0078100R000B9L ±0.1% 0.3 W ~0.0 ppm/°C* 55 mA 100 uW
    100 µA 1 kΩ Vishay Y00781K00000B9L ±0.1% 0.3 W ~0.0 ppm/°C* 17 mA 10 uW

    *典型温漂



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    IA 改成 INA111,三颗 OPA541 并联。

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    800 kHz 附近有一个频响断层。



  • LZ 可以参考下http://www.ti.com.cn/tool/cn/TIDA-060002



  • @humo用任意波形函数发生器生成可控电流源 中说:

    LZ 可以参考下http://www.ti.com.cn/tool/cn/TIDA-060002

    这个是电压输出。LZ要的是电流输出。



  • @lymex 是的,这个是可控电流源。我还打算用 Apex PA99 + EK36 搞一个 1000 Vdc / 700 Vrms 的可控电压源。反馈分压电阻就用 3458A A1 板上的 RP7 就好,匹配温漂有保障。



  • 折腾了半天,原来有这么个玩意儿,叫 “跨导放大器”。简单的理解,就是个电压转电流源。

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    Guildline 7620 网页

    Guildline 7620 数据册

    MI 也有一个类似的跨导放大器,但电流太大 (100 A),频率太低(1 kHz),不考虑。

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    MI 2701A 网页

    MI 2701A 数据册



  • 高联最新的7810号称带宽2MHz,输出电流100A?



  • @humo用任意波形函数发生器生成可控电 “流” 源 中说:

    高联最新的7810号称带宽2MHz,输出电流100A?

    这款还未面世,100 kHz ~ 2 MHz 这一段是没有规格的 (unspecified)。



  • @laichh 上次高联带到西安ICEMI会议上了,1MHz~2MHz是无指标,100kHz~1MHz目前国际上未有溯源方案,他们是5A/模块 ,做成鼠笼状?20个模块并联输出的,回头找找他们的介绍PPT