【应用】运算放大器TP2272在正弦波控制BLDC电流检测中的应用

时间： 2021-07-25 来源：思瑞浦

技术问答

一、放大器建立时间概述

放大器的建立时间是当运放输入为阶跃信号时，运放的输出响应进入并保持在规定误差带所需的时间，是一个含有过冲和振铃的二阶（或近似）响应。下图是运放的建立时间的示例说明图。

运放的建立时间，主要由两段组成，第一段是运放的输出电压从起始值到达目标值附近，是一个非线性过程。这一段的时长（T_SR）是由运放的补偿电容充电的电流所决定的，即和压摆率有关。第二段时间是指输出已经接近最终目标值了，进入这一阶段后，运放处在准线性区。这段的时长（T_SET），主要受运放的零-极点对（doublets）影响。从运放的指标上讲，运放的建立时间会受到大信号参数-压摆率（SR）的影响和小信号参数-闭环增益的影响。

二、运放建立时间和ADC的采样误差关系

运放的建立时间，对于其后的ADC至关重要。如一个12bits的ADC，它的一个LSB对应的电压范围是其满量程的1/4096。如果驱动ADC的运放还没有达到最终的值就被ADC采样了，这必然会引起ADC的采样误差。

为保证采样的准确性，运放的建立时间与ADC的采用时间应匹配，即只有当ADC采用输入信号的时间长于最差情况下放大器的建立时间时，才能保证转换结果的精度。对于12位的ADC，为避免误差，假定电压稳定后其误差应小于1/2LSB。就要求运放的建立时间短于电压稳定在0.01%以内的时间。

放大器的建立时间是当运放输入为阶跃信号时，运放的输出响应进入并保持在规定误差带所需的时间。这个误差带常见的值为0.1%、0.01%（用Δ表示）。误差大小与建立时间不是线性关系。如误差0.01%的建立时间可能是误差0.1%的建立时间的30倍以上。运放闭环系统可以近似为二阶系统，其传递函数如下：

ζ：阻尼系数

ωn：无阻尼自然振荡角频率

二阶系统的单位阶跃响应，因ζ不同，而有不同的表现形式，通常二阶系统工作在0.4<ζ<0.8下，欠阻尼（0<ζ<1）二阶系统的单位阶跃响应，其曲线（示意图中的虚线）和示意图如下：

公式1

TSET和误差带Δ的函数如下：

公式2

三、运算放大器 TP2272在正弦波控制BLDC电流检测中的应用

参考TP2272的Datasheet，其SR：20V/us，GBWP：7M

正弦波BLDC控制的框图如下：

此系统中的ADC为12位，最快转化时间为0.375us。正弦波BLDC控制的PWM控制输出波形如下图：

在每个PWM周期都对母线电流进行采样一次，而且在PWM开的周期中部都对母线电流进行采样一次。

若PWM的频率为16KHz，最小占空比为5%，信号Gain：5，那么信号的宽度：3.125us，对应的方波频率：1/（2*3.125us）=160KHz，方波的5次谐波频率F信号=160KHz*5=800KHz。因为Gain为5，那么要求OPA的GBW=4MHz。

12位ADC： Δ=0.01%， ζ=0.5

依据公式2得到建立时间：

TP2272的SR和GBWP参数适用于正弦波控制BLDC电流检测电路，满足12位ADC的精度需求。下表是TP2272的部分参数。

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思瑞浦（3PEAK）模拟产品选型指南

目录- 线性产品接口产品隔离器件数据转换器线性稳压器与基准电源监控驱动器 DCDC 电池管理

型号- TPC112S8,TPM815202,TPM815201,TPP363070Q,TPM815203,TPW3125,TPP206080,TPP206081,TPA5582Q,LMV321TP,TPA1285,TPT1051HV,TPV8368Q,TPC112S1,TPT7730F,TPT7742F,TPA1286,TPA5522,TPC112S8U,TPA5521,TPC112S4,TPL910A,TPP363071Q,TPC6240,LM324A,TPW3111,TPW3115,TPH2865Q,TPL6305-S,TPA5571Q,TPL51201-S,TPV6823,TPA6551N,TPA5512,TPT7731F,TPA5511,TPW3221,TPW3223,TP8485E,TPA183,TPM1525,TPC51701,TPT7740F,TPCMP251,TPCMP252,TPT1057VQ,TPL9308-S,TPS42Q20Q,TPW4425,TPQ80302,TPA5581N,TPA1295,TPA191,TPC5120,TPC5121,TPT7741F,LM2903D,TPT7710F,TPT1462VQ,TPT7722F,TPW3188Q,TPC2192,TPC2190,LM339A,LM2903A,TPM81520,TPL8651Q,TPM23513,TPC114S1,TPA5601,TP1562AL1-S,TPL9305-S,TPH2861Q,LM2904A,TPS42S40Q,TPM2025Q,TPS14P50,TPA2681,TPA2682,TPT3232E,TPL51200,TPM8837C,TPL51206,TPL910Q,TPM0596,TPM27524Q,TPP364092Q,TPC2160,TPC2161,TPA5621,TPM8837E,LMV324TP,TPT7720F,TPP2020,TPT7721F,TPL9053-S,TPM6501Q,TPM2015Q,TPL8033,TPL9208-S,TPL8652Q,LMV358TP,TPL8151,TPL8031,TPL51200-S,TPL8032,TPW4051,TPW4053,TPW4052,TPW4054,TPT1042VQ,TPT1255,TPL9052,TPL9053,TPT1256,LMV324B,TPA2644,TPP362072Q,TPA2641,TPA2642,TPQ50551Q,TPW4157,TPT485E,TP1561AL1,TPM6505Q,TPT485N,TPB4056A,TPB4056B,TPA2671,TPA2674,TPA2672,TPL9032,TP6001,TPP302080,TPA1882Q,TPP302085,TPP302084,TP6004,TPP302083,TPP302082,TP6002,TPP302081,TPM44273,TPB76200,TPT72616,TPT72617,TP17,TPT1044VQ,LMV331X,TPT1330,TPA8001-S,TPT1337,LM2901A-S,TPA1882,TPT1334,TPA1881,TPR6040,TPCMP271,TPCMP272,TPM6505,TPM2025,TPM8803,TPM6501,TP1564AL1-S,TPP363072Q,TP2191,TPTMP75,TPQ50571Q,TPP362071Q,LMV321B,TP5594,TP5592,TP5591,LMV358X,TP27,TPT1029Q,TP1562AL1,TPM2003,LMV358B,TPM2001,TPP362070Q,TPS05P50,LM2903DQ,LM2902A-S,TPA8000,TPT1028Q,TPA8002,TPA8001,TPP366091Q,TPQ5055Q,TPM23513B,TPM27517,TPA8003-S,TPP366090Q,TPM27533,TPP362083,TPP362084,TP1564AL1,TPP362085,TPA1831,TPT481,TPQ5057Q,TPA1832,TPT480,TPV710Q,TPP362080,TPM23514D,TPR434-S,TPP362081,TPT482,TPP362082,TPM27523,TPM27524,TPM27525,TPA1834,TPM27526,TPT488,TPL8032Q,TPT487,TPT486,TP2272,TPL740,TP2271,TPA8023,TPP60506,TPP60508,TPA626,TPAFE0808,TP2274,TPP361082,TPT1462Q,TPP361083,LM393A,TPA1864,TPA1862,TPP361080,TPA620,TPP361081,TPL8035Q,TPV8318,TPT9H111,TPA1861,TPT7730,TPT7731,LM2903A-S,TPL730,TPR70,TP5554,TPC2161M,TP5552,TP5551,TPR433-S,TPA7836B,TPV8308,TPL8034Q,TPT9H221,TPT7740,TPA8003,TPT7741,TPT7742,TPM215202,TPM215201,TP1282,TP1281,TPL720,TPL6305,TPP361064,TPM27201,TPP361065,TP1284,TPP361060,TPT1145Q,TPT1024Q,TPP361061,TPP361062,TPP361063,TPM215203,TPT7710,TPR6040-S,TP2261,TPL710,TPP00032,TPP00031,TP5534,TP1561AL1-S,TP5532,TP2262,TP5531,TPL8151-S,TPR433Q-S,TP2264,TPT7722,TPR50,TPT7720,LM2904A-S,TPT7721,TPM23514S,TPA8101,TPM5350MQ,TPP60308,TPL910A-S,TPL820,TP2112,TPK1032,TPM27224,TPM23514M,TPK1031,TPH2502,TPR434Q-S,TPH2501,TP2111,TPH2504,TPH2503,TPT1022Q,TPM27221,TPH2861,TPP05608,TPR33-S,TPM27217,TPL8031Q,TPM23514V,TPM21520Q,TPW4066,TPA6270,TPL810,TPA6271,TPL930,TP2124,TPT1057Q,TPM8860,TP2122,TPT1021Q,TP2121,TPT1042,TPR31,TPT1043,TPR33,TPA1811,TPT1051VQ,TPA1812,TPM8866,TPL8151Q,TPR35,TPA6581,TPA6582,TPC116S4,TPV708,TPV706,TPL920,TPA2031Q,TPC116S8,TPAFE51736S8,TPW1221,TP1242,TP1241,TPT1044Q,TPT4089,TPT71050,TPQ051007,TPP364090Q,TPC116S1,TPC502200,TPT7481,TPT7482,TPL9052-S,TPL910,TP2582,TP2581,TP2584,TPT1043Q,TPM5350BS,TPT1042V,TPM5350S,TPP364091Q,TPV821,TPT7487,TPT7488,TPM5350M,TP2262-S,TPM5350BM,LM2901A,TPV809,TPCMP761,TPCMP762,TPCMP764,TPV803,TPT1042Q,TPT4181,TPL9218-S,TPB7461,TPB7462,TPB7460,TPV811,TPV812,TPV810,TPQ05100,LM2902A,LMV393X,TPT71044,TPW3157A,TPA6584,TPM27282,TPAFE5162,TPC5180,TPAFE5161,TPAFE5160,TPT10283Q,TPAFE51760,TPP363080,TPP363081,TPT75176B,TPP363082,TPP363083,LM331A,TPT75176H,TPA2296,TPR431,TPA6534,TPR432,TPA5561,TPA5562,TPT75176A,TPA6531,TPA6532,TPT1051H,TPT1051Q,TPT9L484,TPT1145NQ,TPA6531N,TPAFEA008,TPC5121Q,TPC5160,TPC5161,TPT10285Q,TPM16050,LM321A,TPA5572Q,TP07A,TPA2295C,TPL8032-S,TPA6551,TPA6552,TPA6554,TPL5031,TPA5581,TPA5582,TPQ051004,LM358A,TPQ051003,TPQ051006,TPP366092Q,TPQ051005,TPQ051002,TPM21520,TPT4032,TPA5561Q,TPT4031,TPR431-S,TPM2803,TPC5120Q,TPV8348

选型指南 - 思瑞浦 - REV.17 - 2024/4/19 PDF 中文下载

TPA2671/TPA2672/TPA2674 36-V, 10-MHz, High PSRR, Op Amps

型号- TPA2671U-S5TR,TPA2672-TS1R,TPA2671U,TPA2672-SO1R,TPA267X SERIES,TPA2671-SC5R,TPA267X,TPA2671U-SC5R,TPA2671-S5TR,TPA2672-VS1R,TPA2671,TPA2674-SO2R,TPA2674,TPA2672,TPA2674-TS2R

数据手册 - 思瑞浦 - Rev.A.1 - 2024-1-3 PDF 英文下载查看更多版本

思瑞浦（3PEAK）运算放大器选型表

思瑞浦（3PEAK）高性能运算放大器，精密运算放大器：失调电压低至5uV，温漂低至0.008uV，支持双电源供电。低噪声运算放大器：噪声系数低至0.1μVpp/Hz，适用于低噪声系统应用。超低功耗运算放大器：功耗低至300nA，轨到轨输出，适用于电池供电产品。超低功耗比较器：功耗低至300nA。负载驱动电流25mA，适用于便携式设备。

Iq per channel (Max)(μA)

GBW (Typ) (MHz)

Slew Rate(Typ)(V/μs)

Rail-Rail In