設計目標

設計の説明

プログラム可能なハイサイド電流源は、グランド基準の負荷に可変電流を供給します。最初のオペアンプ段は、DAC 出力電圧に基づいて基準電流を設定します。2 番目のオペアンプ段は、基準電流を増幅して出力 PMOS から負荷に供給される電流をレギュレートする電流ミラーとして機能します。R_SET、RA、RB は、DAC 電圧に基づいて出力電流を設定します。部品 C_F、R_ISO、R_FB は回路の安定性を確保するために補償を行います。この回路を使用する一般的な最終製品として、PLC アナログ出力モジュール、フィールド トランスミッタ、デジタル マルチメータ、プリンタ、光モジュール、LED ドライバ、電子 POS が挙げられます。

デザイン ノート

1. オフセット、ゲイン、ドリフト誤差の小さい DAC を選択します。コンプライアンス電圧を低く維持するため RRIO オペアンプを使用し、オフセットが小さいオペアンプを選択します。
2. R_A、Q1、R_SET を流れる電流を最小限にするため、R_A:R_B の比率を大きくして効率を最大化し、同時に最初の段における発熱とドリフトを最小限にします。
3. R_SET、R_A、R_B には、抵抗のミスマッチと温度ドリフトによる誤差を最小限にするため、高精度で低ドリフトの抵抗を使用します。
4. コンプライアンス電圧を最大化するため、R_B の抵抗は最小限にします。
5. 消費電力により発熱するため、熱に敏感な部品の近くに Q2 をレイアウト配置することは避けます。

設計手順

1. V_DAC に基づいて R_SET を選択することで、シンク段の基準電流を設定します。この基準電流はグランドへ直接流れて効率を低下させるため、最小限に抑える必要があります。基準電流を 1mA に設定し、R_SET を計算します。
   
2. 求められる出力電流と I_OUT/I_SET = 100mA/1mA = 100 (R_A:R_B に要求される比率) に基づいて、必要なゲイン比率を設定します。
3. 最大負荷を経由して最大電流を駆動するときに許容される最大電圧降下から、R_B の最大値を計算します。
   
4. 電圧 V_A は V_CC - I_SET×R_A であり、オペアンプの帰還に起因して、電圧 V_B と等しくなります。目的のコンプライアンス電圧を維持するため、電圧降下が 500mV 未満となるよう R_A を選択します。標準抵抗値の 470Ω を選択します。
   
   
5. R_A と、手順 2 で選択したゲインに基づいて、R_B を計算します。
   
6. Q2 の消費電力を確認します。Q2 の消費電力は、負荷に基づいて次のように与えられます。
   

   Q2 の最大消費電力は、負荷抵抗がゼロのときに発生します。

   

   Q2 の定格が、この消費電力を満たしていることを確認します。

DC 伝達特性

小信号ステップ応答

コンプライアンス電圧

高電圧電源への変更

この回路の設計例では、V_CC に低電圧電源を使用しています。4mA～20mA 電流ループなど一部のアプリケーションでは、大きな抵抗性負荷を駆動するために高電圧電源が必要となります。この電流源を高電圧電源用に変更するには、OPA192 などの高電圧、レール ツー レール入出力のアンプを選択します。

主要なファイルへのリンク

テキサス・インスツルメンツ、ハイサイド V-I コンバータ、0V～2V 入力、0mA～100mA 出力、1% フルスケール誤差のリファレンス デザイン、TIPD102 の概要

テキサス・インスツルメンツ、アダプティブ電源使用、1W 未満、4 チャネル アナログ出力モジュールのリファレンス デザイン、TIPD215 の概要

テキサス・インスツルメンツ、8 チャネル、16 ビット、200mA 電流出力 DAC、リファレンス デザイン

テキサス・インスツルメンツ、SLAA867 用のソース ファイル、ソフトウェア サポート