Warum müssen die Eingänge dieses CC-Schaltungsverstärkers geklemmt werden?

Ich studiere den Konstantstromkreis des HP E3610A DC Bench Power Supply. Ich baue ein Angebot mit ähnlicher Topologie unter Verwendung von Oberflächenmontagekomponenten auf, und der LF442 ist nicht in einem SOIC-8-Paket verfügbar. Daher muss ich diesen Operationsverstärker neu spezifizieren, was eigentlich zu begrüßen ist, da die Rückverfolgung der vollständigen Designübung der halbe Grund ist, warum ich das Projekt gestartet habe :).

(Zum Vergrößern anklicken. Das Original befindet sich hier auf der vorletzten Seite und enthält Komponentenwerte für die mit Sternchen gekennzeichneten.)

Der Stromfehlerverstärker ist der Block in der Mitte rechts. Beachten Sie die beiden Klemmdioden an den Eingängen des Operationsverstärkers (1/2 LF442).

Ich frage mich, warum dieser Operationsverstärker Eingangsklemmdioden benötigt .

• Der nicht invertierende Eingang geht nach Masse (0 V für + 12 / -12 Versorgung, S + in diesem Schema)
• Der invertierende Eingang geht zu einem Summierpunkt, der bei 0 V liegt, wenn der Stromausgang dem Konstantstromsollwert (CC) entspricht.
• Der Summierungspunkt ist ein 20/1-Widerstandsteiler, der aus R24 (50 K) und R23 (2,5 K) besteht. R24 empfängt die Sollspannung 0 bis -6 V oben und R23 0 bis 0,3 V von einem 0R1-Stromerfassungswiderstand unten. Im schlimmsten Fall (maximaler Sollwert, tatsächlicher Strom Null) wird -0,3 V an die invertierende Klemme angelegt.
• Der Rückkopplungskondensator C12 beträgt 180 pF.
• Ich gehe also davon aus, dass diese Spannungen wahrscheinlich nicht zu verrückt werden und ich sehe keine Quelle für gewalttätige Transienten beim Starten oder Herunterfahren. C12 könnte jedoch bis zu +/- 12 V aufgeladen werden, also ist das vielleicht etwas.
• Der LF442 hat eine differentielle Eingangsspannung von +/- 30 V, was ich für Eingangsschutzzwecke für ausreichend gehalten hätte.

Ich verstehe also nicht, warum die Klemmdioden benötigt werden. Ich bin wahrscheinlich geneigt zu glauben, dass es darum geht, die Reaktionszeit beim Ein- und Ausschalten des CC-Modus zu verbessern, anstatt die Eingänge des Operationsverstärkers zu schützen.

Kann mir jemand helfen zu verstehen, warum die Designer sie dort platziert haben könnten?

Im Kleinsignalmodus (Strom innerhalb der Spezifikation mit variierenden Strömen) arbeitet U4B als Integrator. Interessanterweise hat U4A (die andere Hälfte des Verstärkers, die die Stromreferenz liefert) keine solchen Dioden an seinen Eingängen.

Die zwei Hauptgründe für Dioden an einem Eingang sind:

1. Verhindern, dass die Eingangsdifferenzmodusspannung verletzt wird

2. Sicherstellen, dass die Schleife schnell reagieren kann.

Da ich keinen Mechanismus sehe, bei dem die Eingangsdifferenzmodusspannung verletzt werden kann, ist der andere Grund (wie Sie vermutet haben) der wahrscheinliche Schuldige.

Eine Überprüfung der kleinen Signalantwort und des großen Signals (dh der Anstiegsgeschwindigkeitsgrenze) ist informativ:

Beachten Sie, dass die Zeitachse für Kleinsignal und Großsignal um eine Größenordnung unterschiedlich ist (0,5)$\mu$s für kleines Signal, 10$\mu$s für großes Signal). Zugegeben, die Spannungsachse ist auch für kleine Signalantworten viel kleiner, aber dies ist die Art von Antwort, die wir sehen möchten.

Damit der Integrator die richtige Reaktion beibehält (und möglicherweise stabil bleibt, obwohl ich mir das nicht genau angesehen habe. Die Stabilität oder das Fehlen des Integrators hat so manchen Tag des Haarziehens verursacht), wenn er sich im Kleinsignalmodus befindet (und insbesondere beim Betreten) und Verlassen des Kleinsignalmodus) Wir möchten nicht, dass die Eingänge sehr stark voneinander abweichen, so dass die Antwort der dominanten Schleife durch C12 eingestellt wird.

Ich kann keinen anderen Grund für die Dioden sehen (obwohl dies nicht bedeutet, dass kein anderer Grund existiert ).

[Aktualisieren]

Da die Versorgung nur ohne Last in den Konstantstrommodus versetzt werden kann (siehe Seite 5 des Handbuchs), erfolgt der Übergang vom Konstantstrom- zum Konstantspannungsmodus.

Wenn der Ausgang der Versorgung die programmierte maximale Spannung überschreitet, greift U1 ein und übernimmt die Steuerung des Regelkreises, wodurch U4B tatsächlich (effektiv) über den Betrieb des analogen ODER-Gatters CR4 und CR5 aus dem Regelkreis entfernt wird.

In diesem Fall treten am U4B-Ausgang Transienten auf, die den Integrator leicht destabilisieren können. Jegliche Störungen werden zurückgemeldet, aber von den Dioden auf einen Diodenabfall um Vout (an dem R22 und R23 angeschlossen sind) geklemmt, wodurch schwerwiegende Ausgangsstörungen verhindert werden, die die Leistung des Spannungsfehlerverstärkers beeinträchtigen.

Die Dioden schützen den Operationsverstärker vor Überspannung, die am Ausgang des Netzteils auftreten kann (ich kann einige "schlechte Dinge" tun, um die Versorgung mit der zu testenden Schaltung zu verbinden). Es ist über R23, R27, R34 direkt mit dem Ausgang verbunden.

Dies kann hilfreich sein: http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/49-10/esd-diodes.html