特征

●高輸出電流：

8A連續(xù)

10A峰值

●供電范圍廣：

單電源：+8V至+60V

雙電源：±4V至±30V

●輸出電壓擺幅大

●完全保護(hù)：

熱關(guān)機(jī)

可調(diào)限流

●輸出禁用控制

●熱關(guān)機(jī)指示燈

●高轉(zhuǎn)換率：9V/μs

●控制參考引腳

●11-引線電源包

應(yīng)用

●閥門、致動器驅(qū)動器

●同步、伺服驅(qū)動器

●電源

●試驗(yàn)設(shè)備

●傳感器勵磁

●音頻功率放大器

說明

OPA549是一種低成本、高電壓/大電流的運(yùn)算放大器，是驅(qū)動各種負(fù)載的理想選擇。這種激光微調(diào)單片集成電路提供了優(yōu)良的低電平信號精度和高輸出電壓和電流。

OPA549采用單電源或雙電源供電，以提高設(shè)計靈活性。輸入共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源以下。

OPA549具有內(nèi)部保護(hù)，可防止溫度過高和電流過載。此外，OPA549提供了一個用戶選擇的精確電流限制。與其他設(shè)計不同的是，在輸出電流路徑中串聯(lián)使用“功率”電阻器，OPA549感測負(fù)載間接的。這個允許使用電阻器/電位計將電流限值從0A調(diào)整到10A，或使用電壓輸出或電流輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）進(jìn)行數(shù)字控制。

啟用/狀態(tài)（E/S）引腳提供兩種功能。它可以被監(jiān)控以確定設(shè)備是否處于熱關(guān)機(jī)狀態(tài)，并且可以強(qiáng)制其降低以禁用輸出級并有效地斷開負(fù)載。

OPA549采用11芯電源包。它的銅質(zhì)標(biāo)簽可以方便地安裝到散熱器上，以獲得優(yōu)異的熱性能。規(guī)定的操作溫度范圍為-40°C至+85°C。

接線圖

典型特征

TCASE=+25°C，VS=±30V，E/S引腳開路，除非另有說明。

應(yīng)用程序信息

圖1顯示了OPA549作為基本的非轉(zhuǎn)換放大器連接。OPA549可用于幾乎任何運(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。建議采用圖1所示的并聯(lián)陶瓷和鉭的技術(shù)。電源接線應(yīng)具有低串聯(lián)阻抗。

確保連接兩個輸出引腳（引腳1和2）。

電源

OPA549可在單電源（+8V至+60V）或雙電源（±4V至±30V）下工作，性能優(yōu)異。在整個工作電壓范圍內(nèi)，大多數(shù)特性保持不變。典型特性中顯示了隨工作電壓顯著變化的參數(shù)。有些應(yīng)用不需要相等的正、負(fù)輸出電壓擺幅。電源電壓不需要相等。OPA549可以在電源之間的最小電壓為8V，電源之間的電壓為60V。例如，可以將正極電源設(shè)置為55V，負(fù)極電源設(shè)置為–5V。請確保將兩個V–針腳（針腳5和7）連接到負(fù)極電源，將兩個V+針腳（針腳10和11）連接到正極電源。Package tab在內(nèi)部連接到V–；但是，不要使用tab來傳導(dǎo)電流。

控制參考（Ref）引腳

OPA549具有一個參考（Ref）引腳，ILIM和E/S引腳被引用。Ref只是提供一個用戶可以訪問的參考點(diǎn)，可以設(shè)置為V-、ground或用戶選擇的任何參考。Ref不能設(shè)置為低于負(fù)電源或高于（V+–8V）。如果使用最小VS，則Ref必須設(shè)置為V–。

可調(diào)限流

OPA549的精確，用戶定義的電流限制可以通過控制ILIM引腳的輸入從0A設(shè)置到10A。與其他設(shè)計不同的是，OPA549使用與輸出電流路徑串聯(lián)的功率電阻器，它可以感應(yīng)負(fù)載間接的。這個允許使用0μa至633μa控制信號設(shè)置電流限制。相比之下，其他設(shè)計需要一個限制電阻來處理全部輸出電流（在這種情況下高達(dá)10A）。

雖然OPA549的設(shè)計允許輸出電流高達(dá)10A，但不建議在該水平下連續(xù)操作該設(shè)備。最高額定連續(xù)電流能力為8A。在大于8A的輸出電流下連續(xù)運(yùn)行OPA549將降低長期可靠性。

在電流限制小于1A的情況下操作OPA549會導(dǎo)致電流限制精度降低。要求較低輸出電流的應(yīng)用可能更適合于OPA547或OPA548。

電阻控制電流限制

有關(guān)用于設(shè)置電流限制的內(nèi)部電路的簡化示意圖，請參見圖2a。保持ILIM引腳打開編程輸出電流為零，而將ILIM直接連接至Ref編程最大輸出電流限制，通常為10A。

對于OPA549，根據(jù)方程式1，調(diào)整電流限制的最簡單方法是使用連接在ILIM引腳和Ref之間的電阻器或電位計：

參考圖2了解常用值。

數(shù)控限流

低電平控制信號（0μA至633μA）還允許通過設(shè)置電流（ISET）或電壓（VSET）對電流限制進(jìn)行數(shù)字控制。根據(jù)方程式2，可通過改變ISET來調(diào)整輸出電流ILIM：

圖2b展示了實(shí)現(xiàn)該特性的電路配置。

根據(jù)方程式3，可通過改變VSET來調(diào)整輸出電流ILIM：

圖11演示了實(shí)現(xiàn)此特性的電路配置。

啟用/狀態(tài)（E/S）引腳

Enable/Status引腳提供兩種獨(dú)特功能：1）通過強(qiáng)制引腳降低輸出禁用，2）通過監(jiān)測引腳電壓水平實(shí)現(xiàn)熱關(guān)機(jī)指示。這兩個功能中的一個或兩個都可以在應(yīng)用程序中使用。對于正常操作（輸出啟用），E/S引腳可保持打開或高電平驅(qū)動（至少高于Ref 2.4V）。對于噪聲應(yīng)用，可能需要在E/S引腳和CREF之間連接一個小值電容器。

輸出禁用

為了禁用輸出，E/S引腳被拉至邏輯低電平（高于Ref不超過0.8V）。通常，輸出在1μs內(nèi)關(guān)閉。要將輸出恢復(fù)到啟用狀態(tài)，應(yīng)斷開（打開）E/s引腳或?qū)⑵淅林辽俑哂趨⒖茧妷?.4V。應(yīng)注意的是，驅(qū)動E/s引腳高電平（輸出啟用）不會破壞內(nèi)部熱關(guān)機(jī)；但是，它確實(shí)阻止用戶監(jiān)視熱關(guān)機(jī)狀態(tài)。圖3顯示了實(shí)現(xiàn)此功能的示例。

此功能不僅在空閑期間（靜態(tài)電流降至約6mA）節(jié)省電力，而且允許在多通道應(yīng)用中進(jìn)行多路復(fù)用。關(guān)于開關(guān)放大器配置中的兩個OPA549，請參見圖12。兩個放大器的開/關(guān)狀態(tài)由E/S上的電壓控制別針。在下面在這些情況下，禁用的設(shè)備將表現(xiàn)為750pF的負(fù)載。旋轉(zhuǎn)速度超過3V/μs將導(dǎo)致失效設(shè)備中的泄漏電流迅速增加，并將產(chǎn)生額外的負(fù)載。在高溫（125°C）下，轉(zhuǎn)換閾值下降至約2V/μs。必須限制輸入信號，以避免多路復(fù)用應(yīng)用中的過度回轉(zhuǎn)。

熱關(guān)機(jī)狀態(tài)

OPA549有熱關(guān)機(jī)電路，保護(hù)放大器不受損壞。當(dāng)結(jié)溫達(dá)到約160°C時，熱保護(hù)電路將禁用輸出，并允許設(shè)備冷卻。當(dāng)結(jié)溫冷卻到大約140°C時，輸出電路將自動重新啟用。根據(jù)負(fù)載和信號條件，熱保護(hù)電路可以循環(huán)打開和關(guān)閉。可以監(jiān)視E/S引腳，以確定設(shè)備是否處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。在正常運(yùn)行期間，E/S引腳上的電壓通常比參考值高3.5V。一旦發(fā)生停機(jī)，該電壓將下降到高于參考值約200mV。圖4顯示了實(shí)現(xiàn)該功能的示例。

外部邏輯電路或LED可用于指示輸出是否已熱關(guān)機(jī)，見圖10。

輸出禁用和熱關(guān)機(jī)狀態(tài)

如前所述，OPA549的輸出可以被禁用，禁用狀態(tài)可以同時被監(jiān)視。圖5提供了一個連接到E/S管腳的示例。

安全操作區(qū)

輸出晶體管上的應(yīng)力由輸出電流和導(dǎo)電輸出晶體管的輸出電壓VS–VO決定。輸出晶體管消耗的功率等于輸出電流和穿過導(dǎo)電晶體管的電壓的乘積，VS–VO。安全工作區(qū)（SOA曲線，圖6）顯示了電壓和電流的允許范圍。

隨著VS–VO的增加，安全輸出電流減小。輸出短路對SOA來說是一個非常苛刻的情況。對地短路迫使整個電源電壓（V+或V-）穿過導(dǎo)電晶體管。提高外殼溫度會降低可容忍的安全輸出電流，而無需激活OPA549的熱關(guān)機(jī)電路。

功率損耗

功耗取決于電源、信號和負(fù)載條件。對于直流信號，功耗等于輸出電流乘以通過導(dǎo)電輸出晶體管的電壓的乘積。通過使用所需的盡可能低的電源電壓以確保所需的輸出電壓擺幅，可以將功耗降至最低。

對于電阻負(fù)載，最大功耗發(fā)生在電源電壓一半的直流輸出電壓。交流信號的損耗更低。應(yīng)用公告SBOA022解釋了如何計算或測量異常信號和負(fù)載的功耗。

熱防護(hù)

在OPA549中消耗的功率將導(dǎo)致結(jié)溫升高。當(dāng)模具溫度達(dá)到大約160°C時，內(nèi)部熱關(guān)機(jī)電路關(guān)閉輸出，當(dāng)模具冷卻到140°C時復(fù)位。根據(jù)負(fù)載和信號條件，熱保護(hù)電路可以循環(huán)打開和關(guān)閉。這限制了放大器的損耗，但可能對負(fù)載產(chǎn)生不良影響。

任何啟動熱保護(hù)電路的趨勢都表明功耗過大或散熱不足。為了可靠運(yùn)行，結(jié)溫最高應(yīng)限制在125°C。為了估計完整設(shè)計（包括散熱器）的安全裕度，請?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)載和信號條件。為了獲得良好的可靠性，熱保護(hù)應(yīng)觸發(fā)高于應(yīng)用的最大預(yù)期環(huán)境條件35°C以上的溫度。這將在最大預(yù)期環(huán)境條件下產(chǎn)生125°C的結(jié)溫。

OPA549的內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)計用于防止過載。這并不是為了取代適當(dāng)?shù)纳帷＿B續(xù)運(yùn)行OPA549進(jìn)入熱停堆將降低可靠性。

放大器安裝和散熱

大多數(shù)應(yīng)用需要一個散熱器，以確保不會超過最高工作結(jié)溫度（125°C）。此外，為了提高可靠性，結(jié)溫應(yīng)盡可能低。結(jié)溫可根據(jù)以下公式確定：

式中：

TJ=結(jié)溫（°C）

TA=環(huán)境溫度（°C）

PD=消耗功率（W）

θJC=接頭與外殼之間的熱阻（°C/W）

θCH=外殼到散熱器的熱阻（°C/W）

θHA=熱沉對環(huán)境熱阻（°C/W）

θJA=接頭對空氣的熱阻（°C/W）

圖7顯示了使用和不使用散熱器時的最大功耗與環(huán)境溫度的關(guān)系。如圖7所示，在給定的環(huán)境溫度下，使用散熱器可以顯著提高最大功耗。

選擇所需散熱片的挑戰(zhàn)在于確定OPA549所消耗的功率。對于直流輸出，功耗就是負(fù)載電流乘以傳導(dǎo)輸出晶體管的電壓，PD=IL（VS–VO）。其他的負(fù)荷就不那么簡單了。請參閱SBOA022應(yīng)用程序報告，以了解有關(guān)計算功耗的更多信息。一旦知道應(yīng)用的功耗，就可以選擇合適的散熱器。

散熱器選擇示例-一個11導(dǎo)聯(lián)的電源壓縮包消耗10瓦。預(yù)期的最高環(huán)境溫度為40°C。找到合適的散熱片，使結(jié)溫保持在125°C（150°C減去25°C安全裕度）以下。

結(jié)合方程式（4）和（5）得出：

給出了TJ、TA和PD。θJC在規(guī)格表中提供，1.4°C/W（dc）。θCH可從散熱器制造商處獲得。它的值取決于散熱器的大小、面積和所用的材料。半導(dǎo)體封裝類型、安裝螺釘扭矩、使用的絕緣材料（如果有）和使用的熱連接化合物（如果有）也會影響θCH。對于已安裝的11引線動力拉鏈封裝，典型的θCH為0.5°C/W。現(xiàn)在我們可以解出θHA：

為使結(jié)溫保持在125°C以下，所選散熱器的θHA必須小于6.6°C/W。換言之，高于環(huán)境溫度的散熱器溫升必須小于66°C（6.6°C/W•10W）。例如，10W熱合金型號6396B的散熱器溫升為56°C（θHA=56°C/10W=5.6°C/W），低于本例要求的66°C。6399B號熱合金的水槽溫升為33°C（θHA=33°C/10W=3.3°C/W），也低于本規(guī)范要求的66°C示例。圖圖7顯示了帶有熱合金6396B和6399B散熱器的11芯電源拉鏈封裝的功耗和環(huán)境溫度的關(guān)系。

另一個要考慮的變量是自然對流和強(qiáng)迫對流氣流。小風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷可以顯著降低θCA（θCH+θHA）。一些散熱器制造商提供了這兩種散熱器的熱數(shù)據(jù)箱子。熱接收器性能通常是在實(shí)際應(yīng)用中可能難以達(dá)到的理想條件下指定的。

如前所述，一旦選擇了散熱片，應(yīng)在最壞的負(fù)載和信號條件下測試完整的設(shè)計，以確保適當(dāng)?shù)臒岜Ｗo(hù)。任何啟動熱保護(hù)電路的趨勢都可能表明散熱不足。

11線電源拉鏈包的凸耳與負(fù)極電源V–電連接。最好用云母（或其他薄膜）絕緣體將11線動力拉鏈包的凸耳與其安裝面隔離。為了降低整體熱阻，最好將整個散熱器/OPA549結(jié)構(gòu)與安裝表面隔離，而不是在半導(dǎo)體和散熱器之間使用絕緣體。

輸出級補(bǔ)償

功率運(yùn)算放大器應(yīng)用中常見的復(fù)雜負(fù)載阻抗會導(dǎo)致輸出級不穩(wěn)定。對于正常操作，通常不需要輸出補(bǔ)償電路。然而，對于困難負(fù)載或OPA549處于電流限制下，則可能需要R/C網(wǎng)絡(luò)。圖8顯示了一個輸出R/C補(bǔ)償（snub  ber）網(wǎng)絡(luò)，它通常提供極好的穩(wěn)定性。

當(dāng)驅(qū)動大的電容性負(fù)載（>1000pF）或感性負(fù)載（電機(jī)、通過長電纜與放大器分離的負(fù)載）時，緩沖電路也可以提高穩(wěn)定性。通常，3Ω至10Ω電阻器與0.01μF至0.1μF電容器串聯(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)

產(chǎn)生無功和電動勢的負(fù)載可以將負(fù)載電流返回到放大器，導(dǎo)致輸出電壓超過電源電壓。從輸出端到電源的鉗位二極管可以避免這種損壞情況，如圖8所示。建議使用連續(xù)額定值為8A或更大的肖特基整流二極管。

電壓源應(yīng)用

圖9說明了如何使用OPA549提供一個只有三個外部的精確電壓源電阻器。第一個根據(jù)所需的輸出電流選擇限流電阻RCL。在ILIM引腳上產(chǎn)生的電壓在超溫下是恒定和穩(wěn)定的。這個電壓，VCL，被連接到運(yùn)算放大器的不可逆輸入端，用作電壓基準(zhǔn)，因此不需要外部基準(zhǔn)。選擇反饋電阻以將VCL增益到所需的輸出電壓電平。

可編程電源

使用OPA549可以很容易地構(gòu)建可編程的源/接收器電源。輸出電壓和輸出電流均由用戶控制。如圖10所示，使用電位計調(diào)節(jié)輸出電壓和電流，而圖11使用DAC。通過邏輯門連接到E/S引腳的LED指示OPA549是否處于熱關(guān)機(jī)狀態(tài)。

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