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

—5A峰值

●輸出電壓擺幅大

●完全保護：

—熱關機

—可調限流

●輸出禁用控制

●熱關機指示燈

●高轉換率：10V/μs

●低靜態電流

●包裝：

—7線到220，拉鏈和直引線

—7-引線DDPAK表面安裝

應用

●閥門、致動器驅動器

●同步、伺服驅動器

●電源

●試驗設備

●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，是驅動各種負載的理想選擇。激光微調單片集成電路提供了優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具有內部保護，可防止過熱和電流過載。此外，OPA548的設計提供了一個準確的，用戶選擇的電流限制。與其他設計不同的是，在輸出電流路徑中串聯使用“功率”電阻器，OPA548間接感應負載。電流可通過a/a電位器從a/a調節到輸出限值。

啟用/狀態（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載，而且還可以減少靜態電流以節省功率。可監控E/S引腳輸出，以確定OPA548是否處于熱關機狀態。

OPA548有一個工業標準的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。它被指定在擴展的工業溫度范圍（-40°C至+85°C）下運行。SPICE宏模型可用于設計分析。

典型特征

TCASE=+25°C，VS=±30V，E/S引腳開路，除非另有說明。

應用程序信息

圖1顯示了OPA548作為基本的非轉換放大器連接。OPA548幾乎可以用于任何運算放大器配置。

電源端子應使用低串聯阻抗電容器旁路。建議采用圖7所示的技術，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。電源接線應具有低串聯阻抗。

電源

OPA548在單電源（+8V至+60V）或雙電源（±4V至±30V）下工作，性能優異。在整個工作電壓范圍內，大多數特性保持不變。典型特性曲線顯示了隨工作電壓變化顯著的參數。

有些應用不需要相等的正、負輸出電壓擺幅。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，正極電源可以設置為55V，負極電源設置為–5V，反之亦然。

可調限流

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設置為5A。與其他設計不同的是，OPA548與輸出電流通路串聯使用功率電阻器，它間接地感知負載。這允許使用0μa到330μa的控制信號來設置電流限制。相反，其他設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-根據方程式1：

低電平控制信號（0μA至330μA）也允許對電流限制進行數字控制。

有關用于設置電流限制的內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

輸出晶體管上的應力由輸出電流和導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電晶體管的電壓的乘積，VS–VO。安全工作區（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的熱關機電路。要進一步了解SOA，請參閱應用程序公告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結構與安裝表面隔離，而不是在半導體和散熱器之間使用絕緣體。

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

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。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。

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

熱防護

OPA548中消耗的功率會導致結溫升高。OPA548有熱關機電路，保護放大器不受損壞。當結溫達到約160°C時，熱保護電路將禁用輸出，使設備冷卻。當結溫冷卻到大約140°C時，輸出電路再次啟用。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不足。為了可靠運行，結溫最高應限制在125°C。為了估計完整設計（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。為了獲得良好的可靠性，熱保護應觸發高于應用的最大預期環境條件35°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。

OPA548的內部保護電路設計用于防止過載。下沉是不合適的。持續運行OPA548進入熱停堆將降低可靠性。

散熱

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

TJ=結溫（°C）

TA=環境溫度（°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境溫度的關系。如圖所示，在給定的環境溫度下，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。對于純電阻負載的直流輸出，功率損耗就是負載電流乘以傳導輸出晶體管產生的電壓，PD=IL（VS–VO）。其他的負荷就不那么簡單了。請參閱應用公告SBOA022，了解有關計算功耗的更多信息。一旦知道應用的功耗，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。預期的最高環境溫度為40°C。找到合適的散熱片，使結溫保持在125°C（150°C減去25°C安全裕度）以下。

結合方程式（1）和（2）得出：

給出了TJ、TA和PD。θJC在規格表中提供，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。現在我們可以求解θHA：

為使結溫保持在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封裝的功耗與環境溫度的關系。

另一個要考慮的變量是自然對流和強迫對流氣流。小風扇強制風冷可以顯著降低θCA（θCH+θHA）。散熱器制造商為這兩種情況提供了熱數據。有關確定散熱器要求的更多信息，請參閱應用公告SBOA021。

如前所述，一旦選擇了散熱片，應在最壞的負載和信號條件下測試完整的設計，以確保適當的熱保護。

啟用/狀態（E/S）引腳

Enable/Status引腳提供兩個功能：強制該引腳低，禁用輸出級，或者可以監控E/S，以確定OPA548是否處于熱關機狀態。這些功能中的一個或兩個可以在同一個設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（至少在負軌上方2.4V）。噪聲應用可能需要連接在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（靜態電流降至約6mA）節省功率，而且允許在低頻（f<20kHz）、多信道應用中進行多路復用。大于20kHz的信號可能會導致以下設備的泄漏電流增大關機。圖18所示為開關放大器配置中的兩個OPA548。兩個放大器的開/關狀態由E/S引腳上的電壓控制。

為了禁用輸出，將E/S引腳拉低，在負極導軌上方不超過0.8V。通常，輸出在1μs內關閉。圖8提供了如何使用單個電源實現此功能的示例。圖9給出了雙電源應用電路。要將輸出恢復到啟用狀態，應斷開（打開）E/S引腳或將其拉至至少（V-）+2.4V。應注意，將E/S引腳拉高（輸出啟用）不會禁用內部熱關機。

熱關機狀態

當模具溫度達到約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。可以監控E/S引腳，以確定是否發生關機。在正常運行期間，E/S引腳上的電壓通常高于負極導軌3.5V。一旦發生停機，該電壓降至負軌上方約350mV。

圖10給出了一個在單個電源應用程序中監視關機的示例。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機，見圖16。

輸出禁用和熱關機狀態

如前所述，OPA548的輸出可以被禁用，禁用狀態可以同時被監視。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。但是，如果需要將電流驅動到網絡548，則可能需要將電流引入網絡548。圖14顯示輸出串聯R/C補償（緩沖）網絡，它通常提供極好的穩定性。

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

產生無功和電動勢的負載會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14所示。建議使用連續額定值為5A或更大的肖特基整流二極管。

電壓源應用

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，根據期望的輸出電流選擇限流電阻RCL。在ILIM引腳上產生的電壓在超溫下是恒定和穩定的。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，因此不需要外部基準。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，使用電位計調節輸出電壓和電流，而圖17使用DAC。通過邏輯門與E/S引腳相連的LED指示OPA548是否處于熱關機狀態。

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