特征

●1.2A輸出電流

●12Vp-p輸出電壓

●寬功率范圍：

−單電源：+7V至+15V

−雙電源：±3.5V至±7.5V

●完全保護(hù)：

−熱關(guān)機(jī)

−可調(diào)電流限制

●輸出禁用控制

●17MHz增益帶寬產(chǎn)品

● 50V/μs轉(zhuǎn)換速率

● 1MHz全功率帶寬

●熱增強(qiáng)型HTSSOP-20功率板組件

應(yīng)用

●電力線通信

●蓄能器驅(qū)動(dòng)閥

●電源

●測(cè)試設(shè)備

●TEC驅(qū)動(dòng)程序

●激光二極管驅(qū)動(dòng)器

說(shuō)明

OPA561是一種低成本，大電流運(yùn)算放大器，能夠驅(qū)動(dòng)高達(dá)1.2A脈沖到無(wú)功負(fù)載。這種單片集成電路在高要求的線載波通信、激光二極管驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)控制應(yīng)用中提供了高可靠性。高轉(zhuǎn)換率提供了1MHz的全功率帶寬和良好的線性度。

OPA561可在7V至15V范圍內(nèi)的單電源或±3.5V至±7.5V的雙電源供電，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性。在單電源操作中，輸入共模范圍延伸至地面以下。在最大輸出電流下，寬輸出擺幅提供12Vp-p的能力，標(biāo)稱(chēng)15V電源。

OPA561具有內(nèi)部保護(hù)，可防止過(guò)熱和電流過(guò)載。此外，OPA561的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)準(zhǔn)確的，用戶選擇的，電流限制。使用低功率電阻器/電位計(jì)或DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），可將電流限制從0.2A調(diào)整到1.2A。電流控制回路的高速特性即使在脈沖負(fù)載條件下也能提供精確性。

啟用/狀態(tài)（E/S）引腳執(zhí)行兩個(gè)功能：可對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，以確定設(shè)備是否處于熱關(guān)機(jī)狀態(tài)（低激活狀態(tài)），還可以強(qiáng)制低電平以禁用輸出，斷開(kāi)負(fù)載。

OPA561有微型HTSSOP-20 PowerPAD電源包。這種表面貼裝封裝是熱增強(qiáng)的，具有非常低的熱阻。在擴(kuò)展的工業(yè)溫度范圍−40C到+125C范圍內(nèi)指定操作。

注意：針腳1、10和11-20不是已連接.PowerPAD必須連接到V−。

典型特征

TCASE=+25°C，VS=15V，E/S啟用，除非另有說(shuō)明。

應(yīng)用程序信息

圖1顯示了OPA561作為基本的非轉(zhuǎn)換放大器連接。然而，OPA561幾乎可以用于任何運(yùn)算放大器配置。

電源端子應(yīng)使用低串聯(lián)阻抗電容器旁路。建議使用鉭和陶瓷類(lèi)型的平行技術(shù)。電源接線應(yīng)具有低串聯(lián)阻抗。

電源

OPA561可在單電源（+7V至+15V）或雙電源（±3.5V至±7.5V）下工作，性能優(yōu)異。電源電壓不需要相等。例如，正極電源可以設(shè)置為10V，負(fù)極電源設(shè)置為–5V，反之亦然。在整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)，大多數(shù)行為保持不變。典型特性中顯示了隨工作電壓顯著變化的參數(shù)。

可調(diào)限流

通過(guò)控制ILIM的輸入，OPA561的準(zhǔn)確、用戶定義的電流限值可以從0.2A設(shè)置到1.2A別針。不像其他設(shè)計(jì)使用功率電阻串聯(lián)輸出電流路徑，OPA561內(nèi)部感應(yīng)負(fù)載。這樣就可以用低功率元件設(shè)置電流限制。相比之下，其他設(shè)計(jì)需要一個(gè)或兩個(gè)昂貴的功率電阻器，可以處理全部輸出電流（在本例中為1.2A）。

限流精度

獨(dú)立的電路監(jiān)控正負(fù)電流。每個(gè)輸出都與由外部限流電阻器（或電壓）設(shè)置的單個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)進(jìn)行比較。OPA561采用了專(zhuān)利電路技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)精確和穩(wěn)定的電流限制。輸出電流限制在1A電流限制上的精度高達(dá)5%。由于內(nèi)部匹配限制，正負(fù)電流限制可能略有不同。但是，這些值通常在彼此的10%以內(nèi)。

設(shè)置電流限制

將ILIM銷(xiāo)打開(kāi)可能會(huì)損壞零件。連接ILIM直接對(duì)V−編程設(shè)定最大輸出電流限制，通常為1.2A。根據(jù)等式1，調(diào)整電流限制（ILIM）的最簡(jiǎn)單方法是使用連接在ILIM引腳和V−之間的電阻器或電位計(jì)：

這個(gè)外部電阻決定了一個(gè)小的內(nèi)部電流來(lái)設(shè)置期望的輸出電流限制。或者，可以通過(guò)向ILIM管腳施加電壓來(lái)設(shè)置輸出電流限制。圖2顯示了OPA561電流限制的簡(jiǎn)化示意圖。

啟用/狀態(tài)（E/S）引腳

Enable/Status引腳提供兩種獨(dú)特功能：1）通過(guò)強(qiáng)制引腳降低輸出禁用；2）通過(guò)監(jiān)測(cè)引腳電壓水平，實(shí)現(xiàn)熱關(guān)機(jī)指示。這些功能中的一個(gè)或兩個(gè)可以在同一個(gè)設(shè)備上使用。對(duì)于正常操作（輸出啟用），E/S觸針必須拉高（至少高于V−）2V。連接在E/S引腳和V−之間的小值電容器可能適合噪聲應(yīng)用。為永久啟用OPA561，E/S引腳可通過(guò)402kΩ上拉電阻器連接至V+。

輸出禁用

停機(jī)觸針與負(fù)極電源（V-）有關(guān)。因此，在單電源和雙電源應(yīng)用中，停機(jī)操作略有不同。

在單電源操作中，V−通常等于公共接地。因此，停機(jī)邏輯信號(hào)和OPA561的停機(jī)引腳參考相同的電位。只需將OPA56的邏輯連接在一起。電壓電平<0.8V時(shí)會(huì)發(fā)生關(guān)機(jī)。OPA561在邏輯電平>2V時(shí)啟用。

在雙電源操作中，邏輯引腳仍然參考邏輯接地。但是，OPA561的停機(jī)銷(xiāo)仍參考V−。為了關(guān)閉OPA561，邏輯信號(hào)的電壓電平需要使用光耦進(jìn)行電平偏移，如圖3所示。

要停用輸出，E/S觸針拉低，不高于V−0.8V。此功能可用于在空閑期間節(jié)省電力。關(guān)閉輸出的典型時(shí)間是50ns。要使輸出返回啟用狀態(tài)，應(yīng)將E/S觸針拉至至少高于V−2.0 V。通常，輸出在3μs內(nèi)啟用。應(yīng)注意，將E/s引腳拉高（輸出啟用）不會(huì)禁用內(nèi)部熱關(guān)機(jī)。

確保微控制器的兼容性

并非所有的微控制器在通電或復(fù)位后輸出相同的邏輯狀態(tài)。例如，8051型微控制器在其端口上輸出邏輯高電平，而其他型號(hào)在復(fù)位后用邏輯低電平供電。

在圖3所示的配置（a）中，關(guān)機(jī)信號(hào)施加在光耦內(nèi)光電二極管的陰極側(cè)。高邏輯電平使OPA561被激活，低邏輯電平使OPA561關(guān)閉。在圖3的配置（b）中，邏輯信號(hào)施加在陽(yáng)極側(cè)，高電平使OPA561關(guān)閉，低電平使運(yùn)算放大器工作。

過(guò)流標(biāo)志

OPA561具有過(guò)流狀態(tài)標(biāo)志（CLS，引腳9），可以監(jiān)控該標(biāo)志，以查看負(fù)載是否超過(guò)電流限制。過(guò)流限制標(biāo)志的輸出信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)邏輯兼容。CLS信號(hào)參考V−。電壓水平低于（V−）+0.8V表示正常工作，高于（V−）+2表示OPA561處于電流限制中。只要OPA561的輸出在電流限制內(nèi)，標(biāo)志就高。在非常低的信號(hào)頻率下，通常<1kHz，同時(shí)監(jiān)測(cè)電流上限（源極電流）和電流下限（下沉電流）。在頻率>1kHz時(shí)，由于內(nèi)部電路限制，電流上限的標(biāo)志輸出信號(hào)延遲并縮短。電流下限的標(biāo)志信號(hào)不受此行為的影響。隨著信號(hào)頻率進(jìn)一步增加，引腳9上只輸出電流下限（陷波電流）。

輸出級(jí)補(bǔ)償

功率運(yùn)算放大器應(yīng)用中常見(jiàn)的復(fù)雜負(fù)載阻抗會(huì)導(dǎo)致輸出級(jí)不穩(wěn)定。對(duì)于正常操作，通常不需要輸出補(bǔ)償電路。然而，如果打算將OPA561驅(qū)動(dòng)到電流極限，則可能需要R/C網(wǎng)絡(luò)（緩沖器）。當(dāng)驅(qū)動(dòng)大的電容性負(fù)載（>1000pF）或感性負(fù)載（電機(jī)、通過(guò)長(zhǎng)電纜與放大器分離的負(fù)載）時(shí)，緩沖電路也可以提高穩(wěn)定性。通常，3Ω至10Ω與0.01μF至0.1μF串聯(lián)即可。某些負(fù)載可能需要電路值的某些變化。

輸出保護(hù)

無(wú)功和電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生負(fù)載可以將負(fù)載電流返回到放大器，導(dǎo)致輸出電壓超過(guò)電源電壓。從輸出端到電源的箝位二極管可以避免這種損壞情況，如圖4所示。建議使用連續(xù)額定值為3A或更大的肖特基整流二極管。

熱防護(hù)

OPA561有熱感應(yīng)電路，有助于保護(hù)放大器不超過(guò)溫度限制。OPA561中消耗的功率會(huì)導(dǎo)致結(jié)溫升高。當(dāng)模具溫度達(dá)到大約160°C時(shí)，內(nèi)部熱關(guān)機(jī)電路關(guān)閉輸出，當(dāng)模具冷卻到140°C時(shí)復(fù)位。根據(jù)負(fù)載和信號(hào)條件，熱保護(hù)電路可以循環(huán)打開(kāi)和關(guān)閉。這限制了放大器的損耗，但可能對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不良影響。任何啟動(dòng)熱保護(hù)電路的趨勢(shì)都表明功耗過(guò)大或散熱片不足。為了可靠、長(zhǎng)期、連續(xù)運(yùn)行，結(jié)溫最高應(yīng)限制在+125°C。要估計(jì)完整設(shè)計(jì)（包括散熱器）的安全余量，請(qǐng)?zhí)岣攮h(huán)境溫度，直到觸發(fā)熱保護(hù)。使用最壞情況下的負(fù)載和信號(hào)條件。為了獲得良好的長(zhǎng)期可靠性，熱保護(hù)應(yīng)在高于應(yīng)用的最大預(yù)期環(huán)境條件35°C以上觸發(fā)。這將在最大預(yù)期環(huán)境條件下產(chǎn)生+125°C的結(jié)溫。

OPA561的內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)計(jì)用于防止過(guò)載；它并不是為了取代適當(dāng)?shù)纳帷＿B續(xù)運(yùn)行OPA561進(jìn)入熱停堆會(huì)降低可靠性。可監(jiān)控E/S引腳，以確定是否發(fā)生停機(jī)。正常工作期間，E/S觸針上的電壓通常高于（V−）+2V。停機(jī)期間，電壓降至低于（V−）+0.8V。

功率損耗

功耗取決于電源、信號(hào)和負(fù)載條件。對(duì)于直流信號(hào)，功耗等于輸出電流乘以通過(guò)導(dǎo)電輸出晶體管的電壓的乘積。交流信號(hào)的損耗更低。

散熱片面積

熱阻和功耗之間的關(guān)系可以表示為：式中：

TJ=結(jié)溫（°C）

TA=環(huán)境溫度（°C）

θJA=連接至環(huán)境熱阻（°C/W）

PD=功耗（W）

為了適當(dāng)確定所需的散熱片面積，應(yīng)計(jì)算所需的功耗，并應(yīng)考慮功耗和熱阻之間的關(guān)系，以盡量減少關(guān)機(jī)條件，并允許適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)期運(yùn)行（結(jié)溫為+125°C）。一旦選擇了散熱片區(qū)域，應(yīng)測(cè)試最壞情況下的負(fù)載條件，以確保適當(dāng)?shù)臒岜Ｗo(hù)。

對(duì)于板尺寸有限的應(yīng)用，參考圖5了解相對(duì)于散熱器面積的近似熱阻。增加散熱片面積超過(guò)2英寸，熱阻幾乎沒(méi)有改善。為了達(dá)到電氣特性中規(guī)定的32°C/W，使用了9英寸的銅平面。根據(jù)環(huán)境溫度和功率，從2W到20W的功率范圍，HTP-HTP適合連續(xù)工作。在開(kāi)關(guān)占空比較低的應(yīng)用中，例如遠(yuǎn)程抄表，可以實(shí)現(xiàn)更高的功率水平。

放大器安裝

什么是PowerPAD？

OPA561采用HTSSOP-20功率板封裝，這是一種熱增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸IC封裝，旨在消除傳統(tǒng)熱封裝中使用的笨重散熱片和片塞。這個(gè)包可以很容易地安裝使用標(biāo)準(zhǔn)的印刷電路板組裝技術(shù)，并可以刪除和更換使用標(biāo)準(zhǔn)的維修程序。

PowerPAD封裝的設(shè)計(jì)使得引線框架模架墊（或熱墊）暴露在IC底部，如圖6所示。這在模具和封裝外部之間提供了極低的熱阻（JC）路徑。IC底部的熱墊必須直接焊接到PCB上，使用PCB作為散熱片。此外，通過(guò)使用熱通孔，熱墊可以直接連接到一個(gè)接地板或設(shè)計(jì)成PCB的特殊散熱片結(jié)構(gòu)上。

建議始終將PowerPAD焊接到PCB，即使是低功耗的應(yīng)用程序也是如此。它在引線框架模具和PCB之間提供必要的連接。電源板應(yīng)連接到設(shè)備的最負(fù)電源。

PowerPAD組裝過(guò)程

1. 準(zhǔn)備帶有頂部蝕刻圖案的PCB，如圖7所示。導(dǎo)線和熱焊盤(pán)都應(yīng)進(jìn)行蝕刻。

2. 在熱墊區(qū)域放置建議數(shù)量的孔（或熱通孔）。這些孔的直徑應(yīng)為13密耳。它們保持很小，這樣在回流焊期間，通過(guò)孔的焊料芯吸不是問(wèn)題。HTSSOP-20 PowerPAD封裝的建議孔數(shù)為8個(gè)，如圖7所示。

3. 建議（但不要求）在封裝下方和熱墊區(qū)域外放置少量孔。這些孔在銅地和地平面之間提供額外的熱通道，直徑為25密耳。它們可能更大，因?yàn)樗鼈儾辉谛枰附拥膮^(qū)域，所以芯吸不是問(wèn)題。如圖7所示。

4. 將所有孔（包括熱焊盤(pán)區(qū)域內(nèi)和焊盤(pán)區(qū)域外的孔）連接到內(nèi)部接地平面或其他內(nèi)部銅平面上。

5.將這些孔連接到地平面時(shí)，不要使用典型的腹板或輪輻連接方法，見(jiàn)圖8。網(wǎng)絡(luò)連接有一個(gè)高熱阻連接，有助于減緩焊接過(guò)程中的熱傳遞。這使得具有平面連接的通孔的焊接更加容易。然而，在這種應(yīng)用中，低熱阻是最有效的傳熱要求。因此，PowerPAD組件下的孔應(yīng)與內(nèi)部接地平面連接，并在整個(gè)電鍍通孔周?chē)M(jìn)行完整連接。

6.頂部的焊接面罩應(yīng)使封裝的端子和熱焊盤(pán)區(qū)域暴露。熱墊區(qū)域應(yīng)露出13密耳的孔。熱焊盤(pán)區(qū)域外較大的25密耳孔應(yīng)覆蓋焊接掩模。

7.在暴露的熱墊區(qū)域和所有封裝端子上涂抹焊膏。

8.有了這些準(zhǔn)備步驟，PowerPAD IC就可以簡(jiǎn)單地放置到位，并像任何標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝元件一樣完成焊接回流焊操作。這將導(dǎo)致零件正確安裝。

布局指南

OPA561是一種高速功率放大器，需要適當(dāng)?shù)牟季植拍塬@得最佳性能。圖9顯示了一個(gè)正確布局的示例。

電源線應(yīng)盡可能短。這將保持低電感和最小的電阻損耗。建議電源線的最小導(dǎo)線厚度為18號(hào)。導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)小于8英寸。

適當(dāng)?shù)碾娫磁月泛偷虴SR電容器是實(shí)現(xiàn)良好性能的關(guān)鍵。小型陶瓷（約100nF）和較大（47μF）非陶瓷旁路電容器的并聯(lián)組合將在較寬的頻率范圍內(nèi)提供低阻抗。旁路電容器應(yīng)盡可能靠近OPA561的電源引腳。

傳導(dǎo)高電流的PCB線路，如從輸出到負(fù)載或從電源連接器到OPA561的電源引腳，應(yīng)盡可能保持寬而短。這將保持低電感和電阻損耗到最小。

OPA561的落地圖案上的八個(gè)孔是用于將OPA561的電源板連接到印刷電路板上的散熱器區(qū)域的熱通孔。另外四個(gè)更大的通孔進(jìn)一步加強(qiáng)了散熱片區(qū)域的熱傳導(dǎo)。所有高阻性電流的最小電阻損耗都是最小的。請(qǐng)注意，OPA561上的負(fù)極電源（−V）引腳通過(guò)電源板連接。這就為正電源（+V）提供了最大跡線寬度。

應(yīng)用電路

OPA561的高輸出電流和低電源使其成為驅(qū)動(dòng)激光二極管和熱電制冷器的理想選擇。圖10顯示了配置為激光二極管驅(qū)動(dòng)器的OPA561。

可編程電源

圖11顯示了配置了MSP430、REF3030和DAC7513的OPA561，它是一種節(jié)省空間、低成本、可編程的電源解決方案。該解決方案具有低電壓運(yùn)行、小型封裝（SOT23-8中的DAC7513，SOT23-3中的REF3030）和低成本（完整解決方案不到10美元）。

電力線通信調(diào)制解調(diào)器

OPA561非常適合驅(qū)動(dòng)低速通信應(yīng)用的交流電源線。它提供了一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)，可靠的解決方案，優(yōu)于分立功率晶體管電路。優(yōu)點(diǎn)包括：

1、全集成解決方案

2、用于發(fā)送和接收切換的集成關(guān)閉電路

3、 熱關(guān)機(jī)

4、可調(diào)限流

5、關(guān)閉標(biāo)志

6、節(jié)能

7、小功率板組件

典型地，這樣的系統(tǒng)由微控制器、調(diào)制解調(diào)器IC和電源線接口電路組成。半雙工電力線通信系統(tǒng)見(jiàn)圖12。

它使用同步FSK調(diào)制解調(diào)器，能夠傳輸600和1200波特的數(shù)據(jù)速率，并且支持60kHz到80kHz范圍內(nèi)的兩個(gè)不同的FSK信道。用MSP430等微控制器控制調(diào)制解調(diào)器芯片。

OPA561模擬接口電路驅(qū)動(dòng)交流電源線上的FSK調(diào)制解調(diào)器信號(hào)。它過(guò)濾來(lái)自ST7536的發(fā)送信號(hào)（ATO），以抑制發(fā)射信號(hào)的二次諧波失真。它還放大ATO信號(hào)，并提供適當(dāng)驅(qū)動(dòng)線路所需的非常低的輸出阻抗。在70kHz時(shí)，典型電源線的阻抗范圍為1Ω到100Ω。OPA561是此類(lèi)負(fù)載的理想選擇。變壓器提供隔離和附加濾波。CPR從變壓器中流過(guò)的50/60Hz電流。必須仔細(xì)選擇該電容器，以獲得適當(dāng)?shù)念~定電壓和安全特性。

接收輸入信號(hào)被放大（G=100）并應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器IC。OPA561在接收模式下被禁用，以避免加載線路。

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