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：

−熱關機

−可調電流限制

●輸出禁用控制

●17MHz增益帶寬產品

● 50V/μs轉換速率

● 1MHz全功率帶寬

●熱增強型HTSSOP-20功率板組件

應用

●電力線通信

●蓄能器驅動閥

●電源

●測試設備

●TEC驅動程序

●激光二極管驅動器

說明

OPA561是一種低成本，大電流運算放大器，能夠驅動高達1.2A脈沖到無功負載。這種單片集成電路在高要求的線載波通信、激光二極管驅動器和電機控制應用中提供了高可靠性。高轉換率提供了1MHz的全功率帶寬和良好的線性度。

OPA561可在7V至15V范圍內的單電源或±3.5V至±7.5V的雙電源供電，以實現設計靈活性。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，標稱15V電源。

OPA561具有內部保護，可防止過熱和電流過載。此外，OPA561的設計提供了一個準確的，用戶選擇的，電流限制。使用低功率電阻器/電位計或DAC（數模轉換器），可將電流限制從0.2A調整到1.2A。電流控制回路的高速特性即使在脈沖負載條件下也能提供精確性。

啟用/狀態（E/S）引腳執行兩個功能：可對其進行監控，以確定設備是否處于熱關機狀態（低激活狀態），還可以強制低電平以禁用輸出，斷開負載。

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

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，除非另有說明。

應用程序信息

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

電源端子應使用低串聯阻抗電容器旁路。建議使用鉭和陶瓷類型的平行技術。電源接線應具有低串聯阻抗。

電源

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

可調限流

通過控制ILIM的輸入，OPA561的準確、用戶定義的電流限值可以從0.2A設置到1.2A別針。不像其他設計使用功率電阻串聯輸出電流路徑，OPA561內部感應負載。這樣就可以用低功率元件設置電流限制。相比之下，其他設計需要一個或兩個昂貴的功率電阻器，可以處理全部輸出電流（在本例中為1.2A）。

限流精度

獨立的電路監控正負電流。每個輸出都與由外部限流電阻器（或電壓）設置的單個內部基準進行比較。OPA561采用了專利電路技術，以實現精確和穩定的電流限制。輸出電流限制在1A電流限制上的精度高達5%。由于內部匹配限制，正負電流限制可能略有不同。但是，這些值通常在彼此的10%以內。

設置電流限制

將ILIM銷打開可能會損壞零件。連接ILIM直接對V−編程設定最大輸出電流限制，通常為1.2A。根據等式1，調整電流限制（ILIM）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：

這個外部電阻決定了一個小的內部電流來設置期望的輸出電流限制。或者，可以通過向ILIM管腳施加電壓來設置輸出電流限制。圖2顯示了OPA561電流限制的簡化示意圖。

啟用/狀態（E/S）引腳

Enable/Status引腳提供兩種獨特功能：1）通過強制引腳降低輸出禁用；2）通過監測引腳電壓水平，實現熱關機指示。這些功能中的一個或兩個可以在同一個設備上使用。對于正常操作（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用。為永久啟用OPA561，E/S引腳可通過402kΩ上拉電阻器連接至V+。

輸出禁用

停機觸針與負極電源（V-）有關。因此，在單電源和雙電源應用中，停機操作略有不同。

在單電源操作中，V−通常等于公共接地。因此，停機邏輯信號和OPA561的停機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時會發生關機。OPA561在邏輯電平>2V時啟用。

在雙電源操作中，邏輯引腳仍然參考邏輯接地。但是，OPA561的停機銷仍參考V−。為了關閉OPA561，邏輯信號的電壓電平需要使用光耦進行電平偏移，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省電力。關閉輸出的典型時間是50ns。要使輸出返回啟用狀態，應將E/S觸針拉至至少高于V−2.0 V。通常，輸出在3μs內啟用。應注意，將E/s引腳拉高（輸出啟用）不會禁用內部熱關機。

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3所示的配置（a）中，關機信號施加在光耦內光電二極管的陰極側。高邏輯電平使OPA561被激活，低邏輯電平使OPA561關閉。在圖3的配置（b）中，邏輯信號施加在陽極側，高電平使OPA561關閉，低電平使運算放大器工作。

過流標志

OPA561具有過流狀態標志（CLS，引腳9），可以監控該標志，以查看負載是否超過電流限制。過流限制標志的輸出信號與標準邏輯兼容。CLS信號參考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，標志就高。在非常低的信號頻率下，通常<1kHz，同時監測電流上限（源極電流）和電流下限（下沉電流）。在頻率>1kHz時，由于內部電路限制，電流上限的標志輸出信號延遲并縮短。電流下限的標志信號不受此行為的影響。隨著信號頻率進一步增加，引腳9上只輸出電流下限（陷波電流）。

輸出級補償

功率運算放大器應用中常見的復雜負載阻抗會導致輸出級不穩定。對于正常操作，通常不需要輸出補償電路。然而，如果打算將OPA561驅動到電流極限，則可能需要R/C網絡（緩沖器）。當驅動大的電容性負載（>1000pF）或感性負載（電機、通過長電纜與放大器分離的負載）時，緩沖電路也可以提高穩定性。通常，3Ω至10Ω與0.01μF至0.1μF串聯即可。某些負載可能需要電路值的某些變化。

輸出保護

無功和電動勢產生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。建議使用連續額定值為3A或更大的肖特基整流二極管。

熱防護

OPA561有熱感應電路，有助于保護放大器不超過溫度限制。OPA561中消耗的功率會導致結溫升高。當模具溫度達到大約160°C時，內部熱關機電路關閉輸出，當模具冷卻到140°C時復位。根據負載和信號條件，熱保護電路可以循環打開和關閉。這限制了放大器的損耗，但可能對負載產生不良影響。任何啟動熱保護電路的趨勢都表明功耗過大或散熱片不足。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）的安全余量，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，熱保護應在高于應用的最大預期環境條件35°C以上觸發。這將在最大預期環境條件下產生+125°C的結溫。

OPA561的內部保護電路設計用于防止過載；它并不是為了取代適當的散熱。連續運行OPA561進入熱停堆會降低可靠性。可監控E/S引腳，以確定是否發生停機。正常工作期間，E/S觸針上的電壓通常高于（V−）+2V。停機期間，電壓降至低于（V−）+0.8V。

功率損耗

功耗取決于電源、信號和負載條件。對于直流信號，功耗等于輸出電流乘以通過導電輸出晶體管的電壓的乘積。交流信號的損耗更低。

散熱片面積

熱阻和功耗之間的關系可以表示為：式中：

TJ=結溫（°C）

TA=環境溫度（°C）

θJA=連接至環境熱阻（°C/W）

PD=功耗（W）

為了適當確定所需的散熱片面積，應計算所需的功耗，并應考慮功耗和熱阻之間的關系，以盡量減少關機條件，并允許適當的長期運行（結溫為+125°C）。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5了解相對于散熱器面積的近似熱阻。增加散熱片面積超過2英寸，熱阻幾乎沒有改善。為了達到電氣特性中規定的32°C/W，使用了9英寸的銅平面。根據環境溫度和功率，從2W到20W的功率范圍，HTP-HTP適合連續工作。在開關占空比較低的應用中，例如遠程抄表，可以實現更高的功率水平。

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印刷電路板組裝技術，并可以刪除和更換使用標準的維修程序。

PowerPAD封裝的設計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，通過使用熱通孔，熱墊可以直接連接到一個接地板或設計成PCB的特殊散熱片結構上。

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

PowerPAD組裝過程

1. 準備帶有頂部蝕刻圖案的PCB，如圖7所示。導線和熱焊盤都應進行蝕刻。

2. 在熱墊區域放置建議數量的孔（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。HTSSOP-20 PowerPAD封裝的建議孔數為8個，如圖7所示。

3. 建議（但不要求）在封裝下方和熱墊區域外放置少量孔。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，因為它們不在需要焊接的區域，所以芯吸不是問題。如圖7所示。

4. 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上。

5.將這些孔連接到地平面時，不要使用典型的腹板或輪輻連接方法，見圖8。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。這使得具有平面連接的通孔的焊接更加容易。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。

6.頂部的焊接面罩應使封裝的端子和熱焊盤區域暴露。熱墊區域應露出13密耳的孔。熱焊盤區域外較大的25密耳孔應覆蓋焊接掩模。

7.在暴露的熱墊區域和所有封裝端子上涂抹焊膏。

8.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

OPA561是一種高速功率放大器，需要適當的布局才能獲得最佳性能。圖9顯示了一個正確布局的示例。

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。導線長度應小于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。小型陶瓷（約100nF）和較大（47μF）非陶瓷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OPA561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OPA561的電源引腳，應盡可能保持寬而短。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孔是用于將OPA561的電源板連接到印刷電路板上的散熱器區域的熱通孔。另外四個更大的通孔進一步加強了散熱片區域的熱傳導。所有高阻性電流的最小電阻損耗都是最小的。請注意，OPA561上的負極電源（−V）引腳通過電源板連接。這就為正電源（+V）提供了最大跡線寬度。

應用電路

OPA561的高輸出電流和低電源使其成為驅動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動器的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）。

電力線通信調制解調器

OPA561非常適合驅動低速通信應用的交流電源線。它提供了一個易于實現，可靠的解決方案，優于分立功率晶體管電路。優點包括：

1、全集成解決方案

2、用于發送和接收切換的集成關閉電路

3、 熱關機

4、可調限流

5、關閉標志

6、節能

7、小功率板組件

典型地，這樣的系統由微控制器、調制解調器IC和電源線接口電路組成。半雙工電力線通信系統見圖12。

它使用同步FSK調制解調器，能夠傳輸600和1200波特的數據速率，并且支持60kHz到80kHz范圍內的兩個不同的FSK信道。用MSP430等微控制器控制調制解調器芯片。

OPA561模擬接口電路驅動交流電源線上的FSK調制解調器信號。它過濾來自ST7536的發送信號（ATO），以抑制發射信號的二次諧波失真。它還放大ATO信號，并提供適當驅動線路所需的非常低的輸出阻抗。在70kHz時，典型電源線的阻抗范圍為1Ω到100Ω。OPA561是此類負載的理想選擇。變壓器提供隔離和附加濾波。CPR從變壓器中流過的50/60Hz電流。必須仔細選擇該電容器，以獲得適當的額定電壓和安全特性。

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

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