特征

●高輸出電流：2A

●輸出擺動至：150mV鋼軌，IO=2A

●熱保護

●可調限流

●兩個標志：電流限制和溫度警告

●低壓運行：2.7V至5.5V

●輸出關閉功能

●小功率組件：SO-20 PowerPAD™

應用

●熱電冷卻器驅動器

●激光二極管泵驅動器

●閥門、致動器驅動器

●同步器、伺服驅動器

●傳感器勵磁

●運算放大器通用線性功率放大器

●高電流應用的并聯選項

說明

OPA569是一種低成本、大電流、運算放大器，設計用于在低壓電源上運行時驅動各種負載。為了設計的靈活性，它采用單電源或雙電源供電，并且在輸入和輸出上有軌對軌擺動。典型的輸出擺幅在電源軌的150mV范圍內，輸出電流為2A。較輕的負載可使輸出擺幅更靠近供電軌。

OPA569具有單位增益穩定、直流誤差小、使用方便、不受某些功率放大器相位反轉問題的影響。在輸出軌附近的電壓波動下保持高性能。

OPA569提供了一個精確的用戶選擇的電流限制，通過外部電阻設置，或通過數模轉換器進行數字調整。

OPA569輸出可以使用Enable引腳獨立禁用，節省電力和保護負載。

IMONITOR引腳提供輸出電流的1:475雙向拷貝。這就不需要串聯電流分流電阻器，從而允許向負載施加更多的電壓。該引腳可用于簡單的監控，或反饋控制，以建立恒定的輸出電流。

提供兩個標志：一個用于警告熱應力，另一個用于電流限制條件。熱標志引腳可連接到使能引腳，以提供熱關機解決方案。

包裝在德州儀器電源板中™ 包裝，體積小，容易散熱。OPA569規定在工業溫度范圍-40°C至+85°C范圍內運行。

典型特征

TA=+25°C，VS=+5V時，除非另有說明。

應用程序信息

基本配置

圖1顯示了作為基本的非轉換放大器連接的OPA569；然而，OPA569實際上可以用于任何運算放大器配置。電流限制設置電阻器（RSET，圖1）對OPA569的運行至關重要，不能省略。

電源端子應使用低串聯阻抗電容器旁路。建議并聯使用較大的鉭和較小的陶瓷類型。電源接線應具有低串聯阻抗。

電源

OPA569在單電源（+2.7V至+5.5V）或雙電源供電時具有優異的性能。只要總電壓保持在5.5V以下，電源電壓就不需要相等。典型特性部分顯示了隨工作電壓顯著變化的參數。

可調限流及限流標志引腳

OPA569通過其精確的、用戶可調的電流限制（引腳3）為負載提供過電流保護。通過電流限制設置引腳控制電流，電流限制值ILIMIT可以從0.2A設置到2.2A。電流限制ILIMIT將為9800 ISET；其中ISET是通過電流限制設置引腳的電流。設置電流限制不需要特殊的功率電阻器。輸出電流不流過該引腳。

設置電流限制

如圖2所示，設置電流限制的最簡單方法是根據以下公式，在電流限制設定引腳和負極電源V–（負極電源）之間連接一個電阻器或電位計：

或者，輸出電流限值可以通過使用以下公式將電壓源與電阻串聯來設置：

電壓源將參考V–。

限流精度

內部獨立電路監控正、負電流限值。將每個電路輸出與用戶通過外部電阻器或電阻/電壓源組合設置的單個內部基準進行比較。OPA569采用專利電路技術，在整個輸出范圍內實現精確和穩定的電流限制。電流限制的初始精度通常在3%以內，但是，由于內部匹配限制，誤差可能高達15%。典型特性部分顯示了電流限制隨輸出電流電平、輸出電壓和溫度等因素的變化。

當一個電流限制（源極或陷波）的精度比另一個更重要時，可以通過調整外部電阻或外加電壓將其精度設置為優于1%。另一個電流限制的精度仍然會受到內部匹配的影響。

電流限制標志引腳

OPA569具有電流限制標志引腳（引腳4），可以通過監控來確定部件何時處于電流限制。限流標志引腳的輸出信號與單電源應用中的標準邏輯兼容。輸出信號是一個CMOS邏輯門，它從V+切換到V-以指示放大器處于電流限制中。該標志輸出引腳的源極和漏電流可達25μA。引腳3和引腳4之間的附加寄生電容會導致電流極限邊緣的不穩定。避免將這些記錄道彼此平行布線。

靜態電流取決于電流限制設置

OPA569是一個低功率放大器，具有典型的3.4mA靜態電流（電流限制配置為200mA）。靜態電流隨電流限值設置而變化-電流限值每增加200mA，就會增加0.5mA，如圖3所示。

電流監視器

OPA569具有精確的輸出電流監視器（IMONITOR）不需要對負載使用串聯電阻。這大大提高了效率，并提供了更好的整體擺動供應性能。

內部電路產生1:475的輸出電流副本。這種輸出電流的拷貝可以獨立監控，也可以用于電流控制驅動、設置非對稱正、負電流限值或并聯兩個或多個設備以提高輸出電流驅動。不使用時，當前監視器引腳可能會保持浮動狀態。

使用電流監視器功能時，有些限制適用。當主放大器是源電流時，電流監測電路必須是源電流。同樣地，當主放大器是下沉電流時，電流監視器電路也必須是下沉電流。此外，IMONITOR引腳上的擺動小于輸出擺動。當放大器提供電流時，電流監視器引腳的電壓必須至少比放大器的輸出電壓低200毫伏。相反地，當放大器正在吸收電流時，電流監視器引腳的電壓必須至少比放大器的輸出電壓大200毫伏。電阻負載能夠滿足這些限制。其他類型的負載可能會導致無效的電流監視器值。

監控負載電流并滿足這些要求的一個簡單方法是將一個電阻器（電阻小于400•RL）從IMONITOR引腳連接到與負載另一側連接的相同電位。另一種方法是使用跨阻放大器，如圖4所示。該電路必須確保IMONITOR引腳保持在有效電壓范圍內，方法是將其連接到負載所連接的同一電位上，對于雙電源應用，很可能是接地，對于單電源應用，則是中間電源。

當輸出電流較小時，電流復制的精度會降低。內部電路監控輸出電流的方向，并相應地啟用正電流或負電流監控電路。電流方向的改變有大約20μs的延遲。開關點接近靜態狀態，可能導致電流監測器在輸出電流較小時出現誤差。

啟用引腳輸出禁用

啟用引腳可在微秒內禁用OPA569。禁用時，放大器的電流小于10μA，其輸出進入允許多路復用的高阻抗狀態。需要注意的是，當放大器被禁用時，熱標志引腳電路將繼續工作。此功能允許使用熱標志引腳輸出來實現熱保護策略。有關詳細信息，請參閱熱保護部分。

OPA569使能引腳有一個內部上拉電路，因此正常工作時不必連接正極電源。要禁用放大器，必須將啟用引腳連接到不超過（V-）+0.8V。要啟用放大器，請允許啟用引腳浮動或將其連接到至少（V-）+2.5V。

使能引腳與負極電源（V-）有關。因此，在單電源和雙電源應用中，關機操作略有不同。

在單電源操作中，V–通常等于公共接地，因此啟用/禁用邏輯信號和OPA569啟用引腳參考相同的電位。在這種配置中，邏輯電平和OPA569使能管腳可以簡單地連接在一起。電壓電平低于0.8V時發生禁用。OPA569在邏輯電平大于2.5V時啟用。

在雙電源操作中，邏輯電平參考邏輯接地。但是，OPA569 Enable引腳仍然引用V–。要禁用OPA569，邏輯信號的電壓電平需要電平移位。這可以使用光耦來完成，如圖5所示。

典型特性部分顯示了在不同負載阻抗的禁用和啟用條件下的輸出行為示例。請注意，這種行為是電路板布局、負載阻抗和旁路策略的函數。對于敏感負載，建議使用低通濾波器或其他保護策略。

確保微控制器的兼容性

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

在圖5所示的配置（a）中，啟用/禁用信號應用于光耦內光電二極管的陰極側。邏輯高電平使OPA569被啟用，邏輯低電平使OPA569無效。在圖5的配置（b）中，邏輯信號施加在陽極側，高電平禁用OPA569，低電平啟用運算放大器。

軌間輸出范圍

OPA569有一個AB類輸出級，帶有用于實現軌對軌輸出擺動的共源晶體管。它被設計成能夠擺得比其他現有的線性放大器更靠近軌道，即使輸出電流水平很高。根據不同的輸出電流要求，一種快速估算輸出擺幅的方法是使用以下公式：

典型特性部分提供了輸出擺幅與輸出電流、電源電壓和溫度的關系圖。

軌間輸入范圍

OPA569的輸入共模電壓范圍超出電源軌100mV。這是通過一個N通道輸入差分對與一個P通道差分對并聯的互補輸入級來實現的。對于靠近正軌的輸入電壓，N信道輸入對是有效的，而P信道輸入對對于靠近負軌的輸入電壓是有效的。過渡點通常在（V+）-1.3V，在兩個晶體管都接通的開關點周圍有一個小的過渡區。需要注意的是，這兩個輸入對可以具有不同符號和大小的偏移量。因此，當過渡點交叉時，放大器的偏移量改變。這種偏移偏移說明了在整個輸入共模范圍內共模抑制比的降低。

輸出保護

產生無功和電動勢的負載可以將負載電流返回到放大器，導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6所示。建議使用連續額定值為3A或更大的肖特基整流二極管。

熱標志銷

OPA569有熱感應電路，當模具溫度超過安全溫度時，它會發出警告信號限制。除非熱標志連接到啟用引腳，當該標志被觸發時，即使結溫超過150°C，部件仍繼續運行。這允許在非常惡劣的條件下進行最大可用操作，但是降低可靠性。熱標志引腳可用于在發生故障前有序地關閉系統。它還可用于評估熱環境，以確定停堆機構的需要和適當設計。

熱標志輸出信號來自CMOS邏輯門，該邏輯門從V+切換到V-以指示放大器處于熱極限。此標志輸出引腳的源和漏電流可達25μA。正常運行期間，熱標志引腳為高電平。放大器中消耗的功率會導致結溫升高。當結溫超過150°C時，熱標志引腳將變低，并保持在較低水平，直到放大器冷卻到130°C。盡管存在這種滯后現象，但通過有序關機的方法，熱標志引腳可以根據負載和信號條件循環通斷。這限制了放大器的損耗，但可能對負載產生不良影響。此溫度范圍超過絕對最高溫度額定值，旨在保護設備免受可能導致損壞的過高溫度的影響。在這個溫度范圍內短暫和不經常的偏移是可以容忍的，但不建議這樣做。

可以將熱標志引腳直接連接到自動關機保護的啟用引腳上。當需要熱關機和放大器啟用/禁用功能時，外部生成的控制信號和熱標志引腳輸出應與與門結合，如圖7所示。溫度保護設計用于防止過載。這并不是為了取代適當的散熱。連續運行OPA569進入和退出熱關機將降低可靠性。

任何啟動熱保護電路的趨勢都表明功耗過大或散熱不足。為了可靠、長期、連續運行，結溫最高應限制在125°C。要估計完整設計（包括散熱器）的安全裕度，請提高環境溫度，直到觸發熱保護。使用最壞情況下的負載和信號條件。為了獲得良好的長期可靠性，熱保護應觸發高于應用的最大預期環境條件25°C以上的溫度。這將在最大預期環境條件下產生125°C的結溫。

大輸出電流擺動的快速瞬變（例如從源2A快速切換到下沉2A）可能會導致熱標志引腳出現故障。當需要切換大電流時，建議在電源之間使用額外的旁路或熱標志引腳上的低通濾波器。

功耗和安全操作區

功耗取決于電源、信號和負載條件。它主要由輸出晶體管的功耗決定。對于直流信號，功率損耗等于輸出電流、輸出電流和通過導電輸出晶體管（VS-VOUT）的輸出電壓的乘積。交流信號的損耗更低。

輸出短路對放大器的要求特別高，因為在導電晶體管上可以看到完整的電源電壓。必須注意的是，溫度保護不會在超溫條件下關閉部件，除非熱標志引腳連接到啟用引腳上；參見熱標志部分。

圖8顯示了室溫下不同散熱力下的安全操作區域。注意，安全輸出電流隨著（VS–VOUT）的增加而減小。圖9顯示了不同溫度下的安全操作區域，電源板焊接到一個2盎司的銅墊上。

封裝中可以安全散熱的功率與環境溫度和散熱器設計有關。PowerPAD封裝是專門為提供出色的功耗而設計的，但是電路板布局極大地影響了封裝的散熱。

當焊接到2oz銅平面時，OPA569與環境熱阻（θJA）值為21.6°C/W。通過添加強制空氣，該值可進一步降低至12°C/W。圖10顯示了DWP-20封裝的結-環境熱阻。

結溫應保持在125°C以下，以確保可靠運行。結溫可通過以下公式計算：

其中

TJ=結溫（°C）

TA=環境溫度（°C）

PD=消耗功率（W）

θJA=結與環境熱阻

θJC=接頭到外殼的熱阻

θCA=外殼對空氣的熱阻

圖10中所列散熱方法的最大功耗與溫度的關系如圖11所示。

應適當考慮散熱量與散熱面積之間的關系，以確定散熱量與散熱量之間的關系。一旦選擇了散熱片區域，應測試最壞情況下的負載條件，以確保適當的熱保護。

對于板尺寸有限的應用，參考圖12了解相對于散熱器面積的近似熱阻。將散熱片面積增加到2in2以上，熱阻幾乎沒有改善。為了達到電氣特性中規定的21.5°C/W，使用了9in2的銅平面。SO-20 PowerPAD包非常適合于連續的功率級別，如圖11所示。在開關占空比較低的應用中，可以實現更高的功率水平。

反饋電容器提高響應

為了獲得高阻抗反饋網絡（RF>50kΩ）的最佳穩定時間和穩定性，可能需要在反饋電阻RF上添加反饋電容器，如圖13所示。該電容器補償反饋網絡阻抗和OPA569輸入電容（以及任何寄生布局電容）產生的零點。這種效應在高阻抗網絡中變得更加顯著。

所需電容器的尺寸用以下公式估算：

其中CIN是OPA569的輸入電容加上寄生布局電容的總和。

并聯運行

OPA569允許多個運算放大器并聯運行，以擴展輸出電流能力或改善對軌道的輸出電壓擺動。特殊的內部電路使負載電流在兩個（或更多）運算放大器之間平均分配。

圖14顯示了連接輸入端子的兩種方法。當放大器輸入并聯時，有效偏置電壓平均，帶寬和轉換率性能與單個放大器相同。也可以使用一個放大器作為“主”并將其他輸入連接到放大器共模輸入范圍內的電壓；但是，轉換率和帶寬性能將降低。

為了獲得最佳性能，請將并聯輸出端的額外電容保持在最小值，并避免將這些線路靠近可能出現較大電壓波動的其他線路。

PowerPAD熱增強包

OPA569使用的是SO-20 PowerPAD封裝，這是一種熱增強的標準尺寸IC封裝，旨在消除傳統熱封裝中使用的笨重散熱片和片塞。這個包可以很容易地安裝使用標準的PCB組裝技術。

PowerPAD封裝的設計使得引線框架模具墊（或熱墊）暴露在IC底部，如圖15所示。這在模具和封裝外部之間提供了極低的熱阻（θJC）路徑。IC底部的熱墊可以直接焊接到PCB上，使用PCB作為散熱片。此外，電鍍通孔（過孔）為PCB背面提供了一條低熱阻熱流道。

始終建議將PowerPAD焊接到PCB ia，即使是低功耗的應用程序也是如此。這為引線框架模架墊和PCB之間提供了必要的熱連接和機械連接。

PowerPAD組裝過程

1. 電源板必須連接到設備的最負電源電壓，在單電源應用中，該電壓將接地，在分體式電源應用中，該電壓將接地。

2. 準備帶有頂部蝕刻圖案的PCB，如圖16所示。導線和熱焊盤都應進行蝕刻。

3. 在熱墊區域放置推薦數量的電鍍通孔（或熱通孔）。這些孔的直徑應為13密耳。它們保持很小，這樣在回流焊期間，通過孔的焊料芯吸不是問題。SO-20 PowerPAD封裝的最小建議孔數為24個，如圖16所示。

4. 建議（但不要求）在封裝下方和熱墊區域外放置少量的額外孔。這些孔在銅地和地平面之間提供了額外的熱通道。它們可能更大，因為它們不在需要焊接的區域，所以芯吸不是問題。如圖16所示。

5. 將所有孔（包括熱焊盤區域內和焊盤區域外的孔）連接到內部接地平面或其他內部銅平面（對于單電源應用），以及V–對于分體式電源應用。

6. 將這些孔布置到地平面時，不要使用典型的腹板或輪輻連接方法，如圖17所示。網絡連接有一個高熱阻連接，有助于減緩焊接過程中的熱傳遞。這使得焊接具有接地平面連接的過孔更加容易。然而，在這種應用中，低熱阻是最有效的傳熱要求。因此，PowerPAD組件下的孔應與內部接地平面連接，并在整個電鍍通孔周圍進行完整連接。

7. 頂部的焊接掩模應使焊盤連接的端子和熱焊盤區域暴露在外。熱墊區域應露出13密耳的孔。熱焊盤區域外較大的孔應覆蓋焊接面罩。

8. 在外露的熱墊區域和所有封裝端子上涂上焊膏。

9. 有了這些準備步驟，PowerPAD IC就可以簡單地放置到位，并像任何標準的表面貼裝元件一樣完成焊接回流焊操作。這將導致零件正確安裝。

布局指南

OPA569是一個功率放大器，需要適當的布局才能獲得最佳性能。圖18顯示了一個布局示例。根據裝配工藝要求，可能需要對該示例布局進行細化。

電源線應盡可能短。這將保持低電感和最小的電阻損耗。建議電源線的最小導線厚度為18號。電線長度應小于8英寸。

適當的電源旁路和低ESR電容器是實現良好性能的關鍵。100nF陶瓷和47μF鉭旁路電容器的并聯組合將在較寬的頻率范圍內提供低阻抗。旁路電容器應盡可能靠近OPA569的電源引腳。

傳導高電流的PCB線路，如從輸出到負載或從電源連接器到OPA569的電源引腳，應盡可能保持寬而短。

OPA569的落地圖案上的24個孔是用于將OPA569的電源板連接到PCB上的散熱片區域的熱通孔。另外四個更大的通孔進一步加強了散熱片區域的熱傳導。所有傳導高電流的軌跡都非常寬，以實現最低的電感和最小的電阻損耗。請注意，OPA569上的負電源（–V）引腳可以通過電源板連接，以允許大電流路徑的最大跟蹤寬度。

應用電路

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