特征

•支持：

–CENELEC A、B、C、D波段

–ARIB STD-T84，F(xiàn)CC

–FSK、SFSK和NB-OFDM

•符合：

–EN50065-1、-2、-3、-7

–FCC，第15部分

–ARIB STD-T84

•標(biāo)準(zhǔn)：

–G3，PRIME，P1901.2，ITU-G.hnem

•帶熱保護(hù)和過(guò)流保護(hù)的集成電源線驅(qū)動(dòng)器

•引腳可選靜態(tài)電流消耗：

–待機(jī)模式下為40μA（典型）

–51 mA，適用于CENELEC A、B、C、D波段（典型）

–78 mA，適用于FCC、ARIB STD-T84、FCC（典型）

•包裝：5 mm×5 mm 20針VQFN

•擴(kuò)展工作溫度范圍：

TA=–40°C至+125°C

應(yīng)用

• eMetering

•家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

•照明應(yīng)用

•太陽(yáng)能應(yīng)用

•導(dǎo)電線和電動(dòng)車輛供電設(shè)備

說(shuō)明

OPA521是一種電力線通信（PLC）線路驅(qū)動(dòng)器，滿足CENELEC a、B、C和D波段以及ARIB STD-T84和FCC第15部分中的傳導(dǎo)發(fā)射要求。該裝置用于驅(qū)動(dòng)高達(dá)1.9A的高電流、低阻抗線路進(jìn)入無(wú)功負(fù)載。隨著優(yōu)化的內(nèi)部保護(hù)結(jié)構(gòu)，OPA521需要最小的外部保護(hù)組件，以實(shí)現(xiàn)最小的系統(tǒng)解決方案成本。

OPA521的閉環(huán)增益為7，帶寬為3.8MHz。單片機(jī)在電力線通信應(yīng)用中具有很高的可靠性。

OPA521發(fā)射功率放大器從7 V到24 V的單電源工作。在典型的負(fù)載電流（IOUT=1.9 APEAK）下，寬輸出擺幅使標(biāo)稱24 V電源具有10-VPP能力。

裝置內(nèi)部有過(guò)熱和短路保護(hù)。故障檢測(cè)標(biāo)志指示電流和熱極限。關(guān)閉引腳可用，并將設(shè)備置于低功耗狀態(tài)，消耗40μA（典型）。

OPA521有表面安裝，5 mm×5 mm QFN，20針?lè)庋b（RGW）。規(guī)定在擴(kuò)展的工業(yè)連接溫度范圍-40°C至+125°C范圍內(nèi)運(yùn)行。

設(shè)備信息

（1）、有關(guān)所有可用的軟件包，請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表末尾的訂購(gòu)附錄。

詳細(xì)說(shuō)明

概述

OPA521是一種為電力線通信（PLC）應(yīng)用而設(shè)計(jì)的功率放大器。該器件具有-7v/V的固定增益，低通濾波器響應(yīng)，良好的線性度和通過(guò)帶寬的低失真。放大器使用7-V至24-V電源工作，可在-40°C至+125°C范圍內(nèi)提供高達(dá)±1.9 A的連續(xù)電流。

功能框圖

特性描述

OPA521提供可選的輸出電流限制（ILIM）、靜態(tài)電流（IQSET）選擇引腳和設(shè)備啟用引腳。IFLAG輸出警報(bào)引腳指示輸出電流警告，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度迫使設(shè)備關(guān)閉時(shí)，TFLAG警報(bào)觸發(fā)。

IQSET引腳

該引腳通過(guò)調(diào)整靜態(tài)電流來(lái)設(shè)置放大器的工作頻帶。

•IQSET>2 V將設(shè)備設(shè)置為在FCC或ARIB波段工作

•IQSET<0.8 V設(shè)置設(shè)備在CENELEC波段工作

EN引腳

當(dāng)變送器不使用時(shí)，當(dāng)EN引腳減少時(shí)，輸出被禁用并處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。對(duì)于典型操作，將EN引腳連接至3.3 V。在禁用模式下，整個(gè)設(shè)備會(huì)消耗40μA（典型）電流。

ILIM引腳限流

ILIM引腳（引腳12）提供電阻可編程輸出電流限制。方程式1確定連接到該引腳的外部RSET電阻值。

式中：

•RSET=連接在針腳26和接地之間的外部電阻器的值，

•以及

•Ilim=所需電流限制值。

公式1給出的Ilim值有30%的公差。

IFLAG和TFLAG引腳

IFLAG和TFLAG引腳為高電平、開(kāi)漏極輸出，指示OPA521是否處于電流或熱極限。將這些電阻（例如，10Ω到3Ω）連接在一起。

功率放大器的最大輸出電流通過(guò)連接在ILIM（針腳12）和接地之間的外部ILIM電阻器進(jìn)行編程。如果發(fā)生故障，如果放大器進(jìn)入電流限制狀態(tài)，則設(shè)置IFLAG。這會(huì)導(dǎo)致功率放大器產(chǎn)生或吸收的電流大于編程的極限值。IFLAG在典型操作下表現(xiàn)出瞬態(tài)脈沖。IFLAG真實(shí)狀態(tài)超過(guò)100毫秒是故障電流狀態(tài)的明確指示。

該裝置包含內(nèi)部熱關(guān)機(jī)保護(hù)電路，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)165°C時(shí)，該電路可自動(dòng)關(guān)閉輸出級(jí)。只有當(dāng)結(jié)溫降至150°C以下時(shí)，裝置熱關(guān)機(jī)保護(hù)電路才允許放大器正常工作。當(dāng)裝置處于熱關(guān)機(jī)模式。

設(shè)備功能模式

OPA521從一個(gè)電源軌從7 V工作到24 V。增益設(shè)置為–7 V/V，并且可以通過(guò)連接到增益設(shè)置和–IN引腳的外部電阻器來(lái)增加。

應(yīng)用與實(shí)施

注意：以下應(yīng)用章節(jié)中的信息不是TI組件規(guī)范的一部分，TI不保證其準(zhǔn)確性或完整性。TI的客戶負(fù)責(zé)確定組件的適用性。客戶應(yīng)驗(yàn)證和測(cè)試其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以確認(rèn)系統(tǒng)功能。

申請(qǐng)信息

OPA521是一個(gè)集成的電力線通信功率放大器，它通過(guò)線路耦合電路將PLC數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娏€上。

典型應(yīng)用

典型應(yīng)用的示意圖如圖1所示。

設(shè)計(jì)要求

對(duì)于典型的電力線應(yīng)用，請(qǐng)使用以下參數(shù)：

例子：

對(duì)于使用具有2Ω負(fù)載和1-Vrms負(fù)載電壓的OFDM信號(hào)的PRIME或G3：

P電源=VLOAD×OFDM乘法器×匝數(shù)比+（2×VSWING）

P電源=6 V×1.5×1.5+（2×2 V）

P電源=17.5 V

詳細(xì)設(shè)計(jì)程序

系統(tǒng)示例

功率放大器模塊

該功率放大器通過(guò)線路耦合電路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娫淳€上。功率放大器由高轉(zhuǎn)換率、高電壓、大電流運(yùn)算放大器組成。該放大器的逆變?cè)鲆鏋?v/V，在整個(gè)帶寬內(nèi)保持良好的線性和低失真。放大器的工作電壓為7 V至24 V，在規(guī)定的結(jié)溫范圍-40°C至+125°C范圍內(nèi)，可提供高達(dá)±1.9 A的連續(xù)輸出電流。在典型的電力線通信（PLC）應(yīng)用中連接放大器需要一些附加組件。圖2顯示了與放大器的典型連接。

+連接

+IN引腳為靜態(tài)輸出電壓提供正確的半電源偏置。+IN引腳始終連接到等于（V+）/2的直流偏壓。

-連接

外部電容器（CIN）在傳遞函數(shù)中引入了單極高通特性。由于放大器固有的低通傳遞函數(shù)，CIN和放大器組合具有帶通響應(yīng)。高通截止頻率的值由CIN決定，CIN與放大器電路的輸入電阻發(fā)生反應(yīng)。公式2計(jì)算該值：

式中：

•CIN=外部輸入電容器和

•fHP=所需高通截止頻率。

例如，將CIN設(shè)置為3.3 nF會(huì)導(dǎo)致2.9 kHz的高通截止頻率。必須確定CIN的額定電壓，以承受高達(dá)PA電源電壓的操作。

CIN設(shè)置單位直流增益。這會(huì)使放大器的直流輸出偏移到與+IN相同的電平，該電平必須始終連接到電源電壓（V+）一半的無(wú)噪聲低阻抗電源。

線路耦合電路

線路耦合電路是電力線調(diào)制解調(diào)器中最關(guān)鍵的電路之一。線路耦合電路阻止電源的低頻信號(hào)（通常為50赫茲或60赫茲）損壞低壓調(diào)制解調(diào)器電路，并將調(diào)制解調(diào)器信號(hào)與交流電源連接。圖3顯示了一個(gè)典型的線路耦合電路。

電路保護(hù)

電力線通信通常位于對(duì)連接到交流線路的電氣部件來(lái)說(shuō)非常惡劣的工作環(huán)境中。如果沒(méi)有提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，來(lái)自電氣異常（如閃電、電容器組切換、感應(yīng)開(kāi)關(guān)或其他電網(wǎng)故障條件）的噪聲或浪涌會(huì)損壞高性能集成電路。通過(guò)使用各種技術(shù)來(lái)保護(hù)設(shè)備，功率放大器可以在最惡劣的條件下生存。

布置保護(hù)電路，采用金屬氧化物壓敏電阻器（MOV）、瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）、肖特基二極管和齊納二極管，盡可能多地消除電氣干擾。這些元件在異常情況到達(dá)設(shè)備之前消除了電干擾。圖4顯示了推薦的瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)策略。

高壓耦合電容器必須能夠承受MOV提供的鉗位保護(hù)的脈沖。一個(gè)金屬化聚丙烯電容器（例如伊利諾伊州的474MkPa275kA電容器™) 額定電壓為50赫茲至60赫茲，250伏交流電壓至310伏交流電壓，可承受24次2.5千伏的脈沖。

表2和表3列出了幾種推薦的瞬態(tài)保護(hù)元件。

（1）、在超出正常電源工作范圍的最低可用額定值下選擇齊納擊穿電壓。例如，1SMB5931B設(shè)計(jì)用于功率因數(shù)VS=15V的系統(tǒng)，而1SMB5934B設(shè)計(jì)用于功率因數(shù)VS=20V的系統(tǒng)。

（2）、選擇TVS擊穿電壓為或略低于（0.5×PA_VS）。例如，SMCJ6.0CA是為PA_VS=15 V的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，而SMCJ8.0CA是為PA_VS=20 V的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。

（3）、高壓電容器的一個(gè)常見(jiàn)值是470nF。可根據(jù)應(yīng)用要求替換其他值。在進(jìn)行替代時(shí)，必須從同一系列或同等系列的電容器中選擇電容器，其額定值應(yīng)能承受電源線上的高壓浪涌，以確保可靠性。

（1）、在超出正常電源工作范圍的最低可用額定值下選擇齊納擊穿電壓。例如，1SMB5931B設(shè)計(jì)用于功率因數(shù)VS=15V的系統(tǒng)，而1SMB5934B設(shè)計(jì)用于功率因數(shù)VS=20V的系統(tǒng)。

（2）、選擇TVS擊穿電壓為或略低于（0.5×PA_VS）。例如，SMCJ6.0CA是為PA_VS=15 V的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，而SMCJ8.0CA是為PA_VS=20 V的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。

（3）、高壓電容器的一個(gè)常見(jiàn)值是470nF。可根據(jù)應(yīng)用要求替換其他值。在進(jìn)行替代時(shí)，必須從同一系列或同等系列的電容器中選擇電容器，其額定值應(yīng)能承受電源線上的高壓浪涌，以確保可靠性。

電源建議

提供兩個(gè)電源引腳和兩個(gè)接地引腳，為與驅(qū)動(dòng)交流電源低阻抗相關(guān)的高電流提供路徑。TI建議將兩個(gè)電源引腳連接在一起。建議將47-μF至100-μF旁路電容器與100 nF電容器并聯(lián)，盡可能靠近裝置。布線PCB上的高電流接地線時(shí)要小心，以避免PCB接地中的電壓降可能隨負(fù)載電流的變化而變化。

布局

布局指南

熱注意事項(xiàng)

在典型的電力線通信應(yīng)用中，當(dāng)向低阻抗交流線路傳輸時(shí)，該設(shè)備消耗2W的功率。這種功耗會(huì)增加結(jié)溫，如果PCB的熱設(shè)計(jì)沒(méi)有得到正確的實(shí)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致熱過(guò)載，從而導(dǎo)致信號(hào)傳輸中斷。為了確保適當(dāng)?shù)脑O(shè)備溫度，最大限度地提高性能，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，需要對(duì)設(shè)備的熱流進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾恚约傲己玫腜CB設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。

該裝置組裝在一個(gè)5-mm×5-mm，QFN-20封裝中。這種QFN封裝在底部有一個(gè)大的裸露的熱墊，它將熱量從設(shè)備傳導(dǎo)到底層PCB。

一些熱量通過(guò)塑料包裝材料從硅片表面?zhèn)鲗?dǎo)到周圍環(huán)境中。然而，這條路徑并不是熱流的主要熱路徑，因?yàn)樗芰鲜且环N相對(duì)較差的導(dǎo)熱體。熱量流過(guò)硅芯片表面，通過(guò)導(dǎo)線連接到封裝引線，到達(dá)PCB頂層。雖然這些熱流路徑很重要，但大部分（近80%）的熱量向下流經(jīng)硅芯片，流向?qū)嵝酒街诃h(huán)氧樹(shù)脂上，并附著在封裝底部的外露熱墊上（如圖5所示）。最大限度地減少這種向下路徑到周圍環(huán)境的熱阻，使設(shè)備的壽命和性能最大化。

外露的熱焊盤(pán)必須焊接到PCB熱焊盤(pán)上。PCB上的熱墊必須與QFN封裝下面的外露熱墊尺寸相同。請(qǐng)參閱QFN/sonpcbtachment，以獲取將熱墊連接到PCB的建議。圖6顯示了從設(shè)備到PCB的熱擴(kuò)散方向。

如果熱路徑是不間斷的，那么熱傳播到PCB的最大化。如果熱擴(kuò)散表面盡可能用銅填充，則可獲得最佳效果，從而使每層覆蓋的面積百分比達(dá)到最大。例如，一個(gè)熱穩(wěn)定的多層PCB設(shè)計(jì)由四層組成，頂層的銅（Cu）覆蓋率為60%，內(nèi)層為85%和90%，底層為95%。

增加PCB的層數(shù)、使用更厚的銅以及增加PCB的面積都是改善熱傳播的因素。圖7到圖9顯示了熱阻性能作為這些因素的函數(shù)。

布局示例

　　安芯科創(chuàng)是一家國(guó)內(nèi)芯片代理和國(guó)外品牌分銷的綜合服務(wù)商,公司提供芯片ic選型、藍(lán)牙WIFI模組、進(jìn)口芯片替換國(guó)產(chǎn)降成本等解決方案,可承接項(xiàng)目開(kāi)發(fā),以及元器件一站式采購(gòu)服務(wù),類型有運(yùn)放芯片、電源芯片、MO芯片、藍(lán)牙芯片、MCU芯片、二極管、三極管、電阻、電容、連接器、電感、繼電器、晶振、藍(lán)牙模組、WI模組及各類模組等電子元器件銷售。（關(guān)于元器件價(jià)格請(qǐng)咨詢?cè)诰€客服黃經(jīng)理：15382911663）

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