特征

●供貨范圍廣

—單電源：+8V至+60V

—雙電源：±4V至±30V

●高輸出電流：

—3A連續(xù)

—5A峰值

●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：10V/μs

●低靜態(tài)電流

●包裝：

—7線到220，拉鏈和直引線

—7-引線DDPAK表面安裝

應(yīng)用

●閥門、致動器驅(qū)動器

●同步、伺服驅(qū)動器

●電源

●試驗設(shè)備

●傳感器勵磁

●音頻放大器

說明

OPA548是一種低成本、高電壓/大電流運算放大器，是驅(qū)動各種負(fù)載的理想選擇。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。

OPA548采用單電源或雙電源供電，以提高設(shè)計靈活性。在單電源操作中，輸入共模范圍延伸至地面以下。

OPA548具有內(nèi)部保護(hù)，可防止過熱和電流過載。此外，OPA548的設(shè)計提供了一個準(zhǔn)確的，用戶選擇的電流限制。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，OPA548間接感應(yīng)負(fù)載。電流可通過a/a電位器從a/a調(diào)節(jié)到輸出限值。

啟用/狀態(tài)（E/S）引腳提供兩種功能。引腳上的輸入不僅使輸出級不能有效地斷開負(fù)載，而且還可以減少靜態(tài)電流以節(jié)省功率。可監(jiān)控E/S引腳輸出，以確定OPA548是否處于熱關(guān)機(jī)狀態(tài)。

OPA548有一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的7-引線交錯和直引線TO-220封裝，以及一個7-引線DDPAK表面安裝塑料電源封裝。銅片或散熱片電路板易于安裝。它被指定在擴(kuò)展的工業(yè)溫度范圍（-40°C至+85°C）下運行。SPICE宏模型可用于設(shè)計分析。

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OPA548作為基本的非轉(zhuǎn)換放大器連接。OPA548幾乎可以用于任何運算放大器配置。

電源端子應(yīng)使用低串聯(lián)阻抗電容器旁路。建議采用圖7所示的技術(shù)，同時使用陶瓷和鉭類型。此外，我們建議在V+和V-之間使用0.01μF電容器，盡可能接近OPA548。電源接線應(yīng)具有低串聯(lián)阻抗。

電源

OPA548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。典型特性曲線顯示了隨工作電壓變化顯著的參數(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。OPA548可以在電源之間的最小電壓為8V，電源之間的最高電壓為60V。例如，正極電源可以設(shè)置為55V，負(fù)極電源設(shè)置為–5V，反之亦然。

可調(diào)限流

OPA548具有用戶選擇的精確電流限制。通過控制ILIM引腳的輸入，將電流限制從0A設(shè)置為5A。與其他設(shè)計不同的是，OPA548與輸出電流通路串聯(lián)使用功率電阻器，它間接地感知負(fù)載。這允許使用0μa到330μa的控制信號來設(shè)置電流限制。相反，其他設(shè)計需要一個限制電阻來處理全部輸出電流（在這種情況下是5A）。

對于OPA548，調(diào)整電流限制的最簡單方法是使用連接在ILIM引腳和V之間的電阻器或電位計-根據(jù)方程式1：

低電平控制信號（0μA至330μA）也允許對電流限制進(jìn)行數(shù)字控制。

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3。保持ILIM引腳打開，將輸出電流編程為零，同時將ILIM直接連接至V–編程最大輸出電流限制，通常為5A。

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2）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OPA548的熱關(guān)機(jī)電路。要進(jìn)一步了解SOA，請參閱應(yīng)用程序公告SBOA022。

放大器安裝

圖4提供了TO-220和DDPAK電源包的推薦焊料足跡。兩個電池組的接線片都與負(fù)極電源V-電連接。最好用云母（或其他薄膜）絕緣體將to-220封裝的凸耳與其安裝面隔離（見圖5）。為了降低整體熱阻，最好將整個散熱器/OPA548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。

為了獲得最佳的熱性能，DDPAK表面貼裝版的標(biāo)簽應(yīng)該直接焊接到電路板的銅區(qū)域。增加銅面積可以改善散熱。從結(jié)到周圍的典型熱阻（作為銅面積的函數(shù)）見圖6。

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)

OPA548中消耗的功率會導(dǎo)致結(jié)溫升高。OPA548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，使設(shè)備冷卻。當(dāng)結(jié)溫冷卻到大約140°C時，輸出電路再次啟用。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。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。

OPA548的內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)計用于防止過載。下沉是不合適的。持續(xù)運行OPA548進(jìn)入熱停堆將降低可靠性。

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：

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。

選擇所需散熱片的困難在于確定OPA548所消耗的功率。對于純電阻負(fù)載的直流輸出，功率損耗就是負(fù)載電流乘以傳導(dǎo)輸出晶體管產(chǎn)生的電壓，PD=IL（VS–VO）。其他的負(fù)荷就不那么簡單了。請參閱應(yīng)用公告SBOA022，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

TO-220封裝的功耗為5W。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（1）和（2）得出：

給出了TJ、TA和PD。θJC在規(guī)格表中提供，2.5°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。TO-220安裝封裝的典型θCH為1°C/W。現(xiàn)在我們可以求解θHA：

為使結(jié)溫保持在125°C以下，所選散熱器的θHA必須小于14°C/W。換言之，高于環(huán)境溫度的散熱器溫升必須小于67.5°C（13.5°C/W•5W）。例如，型號為6030B的5W熱合金的散熱器溫升比環(huán)境溫度高66℃（θHA=66℃/5W=13.2℃/W），低于本例要求的67.5℃。圖7顯示了帶有6030B散熱片的TO-220封裝的功耗與環(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）。散熱器制造商為這兩種情況提供了熱數(shù)據(jù)。有關(guān)確定散熱器要求的更多信息，請參閱應(yīng)用公告SBOA021。

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)。

啟用/狀態(tài)（E/S）引腳

Enable/Status引腳提供兩個功能：強(qiáng)制該引腳低，禁用輸出級，或者可以監(jiān)控E/S，以確定OPA548是否處于熱關(guān)機(jī)狀態(tài)。這些功能中的一個或兩個可以在同一個設(shè)備上使用單電源或雙電源。對于正常操作（輸出開啟），E/S引腳可以保持打開或拉高（至少在負(fù)軌上方2.4V）。噪聲應(yīng)用可能需要連接在E/S引腳和V-之間的小值電容器。

輸出禁用

OPA548的一個獨特特性是其輸出禁用能力。此功能不僅在閑置期間（靜態(tài)電流降至約6mA）節(jié)省功率，而且允許在低頻（f<20kHz）、多信道應(yīng)用中進(jìn)行多路復(fù)用。大于20kHz的信號可能會導(dǎo)致以下設(shè)備的泄漏電流增大關(guān)機(jī)。圖18所示為開關(guān)放大器配置中的兩個OPA548。兩個放大器的開/關(guān)狀態(tài)由E/S引腳上的電壓控制。

為了禁用輸出，將E/S引腳拉低，在負(fù)極導(dǎo)軌上方不超過0.8V。通常，輸出在1μs內(nèi)關(guān)閉。圖8提供了如何使用單個電源實現(xiàn)此功能的示例。圖9給出了雙電源應(yīng)用電路。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林辽伲╒-）+2.4V。應(yīng)注意，將E/S引腳拉高（輸出啟用）不會禁用內(nèi)部熱關(guān)機(jī)。

熱關(guān)機(jī)狀態(tài)

當(dāng)模具溫度達(dá)到約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。可以監(jiān)控E/S引腳，以確定是否發(fā)生關(guān)機(jī)。在正常運行期間，E/S引腳上的電壓通常高于負(fù)極導(dǎo)軌3.5V。一旦發(fā)生停機(jī)，該電壓降至負(fù)軌上方約350mV。

圖10給出了一個在單個電源應(yīng)用程序中監(jiān)視關(guān)機(jī)的示例。圖11提供了一個雙電源電路。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16。

輸出禁用和熱關(guān)機(jī)狀態(tài)

如前所述，OPA548的輸出可以被禁用，禁用狀態(tài)可以同時被監(jiān)視。圖12和圖13分別提供了在使用單電源和雙電源時連接E/S引腳的示例。

輸出級補(bǔ)償

功率運算放大器應(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。但是，如果需要將電流驅(qū)動到網(wǎng)絡(luò)548，則可能需要將電流引入網(wǎng)絡(luò)548。圖14顯示輸出串聯(lián)R/C補(bǔ)償（緩沖）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)

產(chǎn)生無功和電動勢的負(fù)載會將負(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14所示。建議使用連續(xù)額定值為5A或更大的肖特基整流二極管。

電壓源應(yīng)用

圖15說明了如何使用OPA548提供一個只有三個外部電阻的精確電壓源。首先，根據(jù)期望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OPA548可以很容易地構(gòu)建可編程源/接收器電源。輸出電壓和輸出電流均由用戶控制。如圖16所示，使用電位計調(diào)節(jié)輸出電壓和電流，而圖17使用DAC。通過邏輯門與E/S引腳相連的LED指示OPA548是否處于熱關(guān)機(jī)狀態(tài)。

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