特征

•寬電源范圍：±5V（10V）至±50V（100V）

•高輸出負載驅動：IO>±50mA

•寬輸出電壓擺動：1V至軌道

•獨立輸出禁用或關閉

•溫度范圍廣：–40°C至+85°C

•軟件包：SO和HSOP PowerPAD™

應用

•測試設備

•雪崩PHOTODIODE：高V電流感覺

•壓電電池

•傳感器驅動器

•伺服驅動器

•音頻放大器

•高壓合規電流源

•通用高壓調節器/電源

說明

OPA454是一種低成本運算放大器，具有高電壓（100V）和相對高電流驅動（25mA）。它具有單位增益穩定，增益帶寬積為2.5MHz。

OPA454具有內部保護，可防止溫度過高和電流過載。它完全規定在±5V至±50V的寬電源范圍內或在10V至100V的單電源上運行。狀態標志是一個開漏極輸出，允許它很容易被標準低壓邏輯電路引用。這種高壓運算放大器提供了優良的精度，寬輸出擺幅，并沒有相位反轉問題，往往是在類似的放大器。

可以使用具有自己的公共返回引腳的啟用/禁用引腳獨立地禁用輸出，以方便與低壓邏輯電路的接口。這種禁用是在不干擾輸入信號路徑的情況下完成的，不僅節省了電力，而且保護了負載。

OPA454采用小型外露金屬墊封裝，在工業溫度范圍（-40°C至+85°C）范圍內易于散熱。

（1）、OPA445與OPA445引腳兼容，除了在使用偏置微調和NC引腳（非開放）的應用中。

圖1：饋通電容電路

典型特征

TP=+25°C，VS=±50V，RL=4.8kΩ時，連接至GND，除非另有說明。

（1）、請參見應用程序信息部分中的圖57。

（2）、請參閱應用程序部分“單位增益非轉換配置”。

（3）、請參閱應用程序部分“單位增益非轉換配置”。

（4）、請參閱應用程序部分“單位增益非轉換配置”。

（5）、見“沉降時間”一節。

（6）、電壓在V1和V2的電網按比例為20mV或0.1%。

（7）、見“沉降時間”一節。

（8）、電壓在V1和V2的電網按比例為20mV或0.1%。

（9）、OPA454與足夠的散熱裝置相連，以防止熱關機。

（10）、OPA454與足夠的散熱裝置相連，以防止熱關機。

（11）、OPA454與足夠的散熱裝置相連，以防止熱關機。

應用程序信息

圖57顯示了OPA454作為基本的非轉換放大器連接。OPA454可用于幾乎任何±5V至±50V運放配置。它特別適用于大于36V的電源電壓。

電源端子應使用0.1μF（或更高）電容器繞過，電容器位于電源引腳附近。確保電容器的額定值與所用電源電壓相匹配。

電源

OPA454可在高達±50V或總電壓為100V的電源下工作，具有優異的性能。在整個工作電壓下，大多數行為保持不變范圍。參數典型特性中顯示了隨工作電壓的顯著變化。

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。OPA454在電源之間的電壓最小為10伏，電源之間的電壓為100伏。例如，正電源可以設置為90V，負電源設置為–10V，反之亦然（只要總電源小于或等于100V）。

輸入保護

OPA454增強了對運算放大器輸入引腳之間電壓過高或輸入引腳電壓超過電源；保護不需要外部串聯電阻。內部系列JFET將輸入過載電流限制為非破壞性4mA，即使輸入差分電壓高達120V。此外，OPA454在器件和基板。因此，放大器不受許多集成電路制造過程中常見的結隔離的限制。

降低偏移電壓和漂移

OPA454可與OPA735零漂系列運算放大器一起使用，以創建具有極低輸入偏移溫度漂移的高壓運放電路。該電路如圖58所示。

增加輸出電流

OPA454驅動幾毫安的輸出電流到50mA以上，同時保持良好的運算放大器性能。在不同的輸出電流水平下，開環增益與溫度的關系見圖7。

在25mA輸出電流不足以驅動所需負載的應用中，可通過并聯連接兩個或多個OPA454來增加輸出電流，如圖59所示。放大器A1是主放大器，可以配置在幾乎任何運算放大器電路中。從放大器A2被配置為單位增益緩沖器?；蛘?，可以使用外部輸出晶體管來提高輸出電流。圖60中的電路能夠提供高達1A的輸出電流，晶體管如圖所示。

單位增益不可逆配置

在非互易單位增益結構下，隨著正共模電壓的增加和溫度的升高，OPA454具有更多的增益峰值。負共模電壓越大，增益峰值越小。與所有運算放大器一樣，增益峰值隨著電容性負載的增加而增加。在反饋通道中設置電阻和小電容可以減少增益峰值，提高穩定性。

輸入范圍

OPA454被指定為提供線性操作，輸入擺幅在任一電源的2.5V范圍內。一般來說，+1的增益是最苛刻的配置圖61和圖62使用圖64所示的電路，顯示了當輸入擺動到軌道的0V范圍內時的輸出行為。圖63顯示了一個輸入信號的行為，該信號在軌道的1V范圍內擺動，也使用了圖64中的電路。注意，相位反轉效應的開始可以通過在正輸入的連接中插入串聯電阻（RS）來減小。請注意，VOUT不會一直擺動到對面的軌道。

輸出范圍

OPA454規定在49kΩ負載下擺動至任一供電軌1V范圍內，同時保持良好的線性。隨著輸出電流的增大，擺向軌道的幅度減小。OPA454在負載為1.88kΩ時，可以在負極導軌的2V和正極導軌的3V范圍內擺動。典型的特性曲線，輸出電壓擺幅vs輸出電流（圖11）詳細地顯示了這種行為。

開環增益線性度

圖65顯示了AOL和輸出電壓的非線性關系。如圖65所示，與負電壓電平相比，正輸出電壓電平下的開環增益更低。電氣特性表中的規格基于在兩個輸出端測得的平均增益。

沉降時間

圖66中的電路用于測量穩定時間響應。電路的左半部分是一個標準的假和結測試電路，用于測量穩定時間和開環增益。R1和R2提供增益并允許測量，而無需將示波器探頭直接連接到求和結，這可能會通過引起振蕩來干擾適當的運算放大器功能。

電路的右半部分觀察反轉和非反轉響應的組合。R5和R6去掉了大階躍響應。V2處的剩余電壓顯示以零為中心的小信號穩定時間。該測試電路可用于進貨檢驗、實時測量或在系統應用中設計補償電路。

啟用和E/D Com

如果保持斷開狀態，E/D Com被內部10μA電流拉近V–（負電源）來源。什么時候左浮動，啟用由內部1μA電源保持在E/D Com上方約2V。即使在啟用和E/D Com引腳未連接時，OPA454的主動操作也會產生，電容耦合到啟用引腳的中等快速、負向信號可以抑制1μa的上拉電流并導致設備關閉。這種行為可以表現為一種振蕩，在接近極端低溫時首次出現。如果不使用使能功能，保守的方法是通過30pF電容器將使能連接到低阻抗電源。另一種選擇是從V+（正電源）連接一個外部電流源，足以使使能水平保持在停機閾值以上。圖67顯示了連接ENABLE和E/D的電路Com.選擇RP為1MΩ，正電源電壓為+50V，IP=50μa。

電流限制

圖24和圖48至圖50顯示了OPA454的電流極限特性。電流限制是通過內部限制輸出晶體管的驅動來實現的。除非模具溫度上升到+150°C，否則輸出可以持續提供有限的電流，從而引發熱關機。在充分散熱的情況下，并使用盡可能低的電源電壓，OPA454可連續保持在電流限制內，而不會進入散熱狀態關機。不過鑒定研究表明，400小時熱停堆循環引起的最小參數變化，應避免這種運行模式，以最大限度地提高可靠性。最好提供適當的散熱（通過物理板或氣流），以保持在熱關機閾值以下。為了延長設備的使用壽命，請將結溫保持在+125°C以下。

熱防護

圖68顯示了插入式OPA454的熱關機行為，其內部耗散1W。未焊接，且在插座中，DDA封裝的θJA通常為+128°C/W。插座溫度為+25°C時，輸出級溫度上升至+150°C的關機溫度，從而觸發設備的自動熱關機。設備保持熱關機（輸出處于高阻抗狀態），直到冷卻到+130°C，然后再次通電。這種熱保護遲滯特性通?？煞乐狗糯笃麟x開安全工作區，即使輸出與接地或任一電源之間存在直接短路。發生災難性擊穿的軌對軌供電電壓在+25°C時通常為135V。但是，絕對最大規格為120V，在任何情況下，OPA454不應超過120V。熱保護結構無法防止由電流尖峰進入感性負載（特別是電源電壓升高）引起的故障。

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導電輸出晶體管上的電壓的乘積，PD=IL（VS–VO）。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。

當電源輸出電壓為最大值的一半時，電阻負載發生損耗。交流信號的損耗較低，因為均方根（RMS）值決定了加熱。應用公告SBOA022解釋了如何計算或測量異常負載或信號的耗散。對于恒流源電路，最大功耗發生在最小輸出電壓，如圖69所示。

OPA454可提供25mA及以上的輸出電流。提供這一電流量對使用±15V電源運行的某些運算放大器沒有問題。然而，由于電源電壓高，內部功耗大，運算放大器可以相當高。操作從一個單一的電源（或不平衡的電源）可以產生更大的功耗，因為一個大的電壓壓在整個導電的輸出晶體管上。高功耗的應用可能需要散熱器或散熱片。

散熱

在OPA454中消耗的功率導致結溫升高。為了可靠運行，結溫應限制在+125°C，最大值。維持較低的結溫總是導致更高的可靠性。有些應用需要一個散熱器，以確保不會超過最高工作結溫度。結溫可根據式1確定：

封裝熱阻θJA受安裝工藝和環境的影響。空氣流通不良和使用插座會顯著增加對周圍環境的熱阻。許多運算放大器放在一起也會增加周圍的溫度。最佳的熱性能是通過將運算放大器焊接到具有寬印刷電路痕跡的電路板上，以允許通過運算放大器引線進行更大的傳導。將電路板的銅面積增加到大約0.5in2會降低熱阻；但是，超過0.5in2時，會出現最小程度的改善，如圖70所示。

PowerPAD熱增強包

OPA454有SO-8和HSOP-20 PowerPAD版本，在模具和封裝外部之間提供極低的熱阻（θJC）路徑。這些包裝有一個外露的熱墊。該熱墊與模具直接熱接觸；因此，通過提供遠離熱墊的良好熱路徑，可獲得優異的熱性能。

頂部電源板組件

OPA454 DWD，HSOP-20，PowerPAD封裝在封裝的頂部有一個裸露的焊盤，如圖71b所示。頂部的散熱墊可與商用散熱器和移動空氣一起使用以散熱。外部頂部側散熱器的使用增加了封裝表面的有效表面積，這增加了頂部表面的對流和輻射包裝。頂部-側面散熱還可避免印刷電路板（PCB）的不必要加熱，并允許在OPA454的對面安裝其它PCB組件。

底部電源板組件

OPA454 SO-8 PowerPAD是一個標準尺寸的SO-8封裝，它使用一個下引線框架構造，該引線框架上安裝有模具，如圖71a所示。這種安排導致引線框架暴露在封裝的下面作為熱墊。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（通孔）提供了一個低熱阻的熱流道到背面印刷電路板該體系結構顯著增強了OPA454的功耗能力，消除了傳統熱封裝中使用的笨重散熱器和插塞，并允許使用標準PCB組裝技術輕松安裝OPA454。注：由于SO-8 PowerPAD的引腳與標準SO-8封裝兼容，因此OPA454是現有插座中運算放大器的替代品。將底部的PowerPAD焊接到PCB始終是必需的，即使對于低功耗的應用也是如此。將設備焊接到PCB上，在引線框架模架墊和PCB之間提供必要的熱連接和機械連接。

底部電源板布局指南

PowerPAD包允許在一個制造操作中同時進行裝配和熱管理。在表面貼裝焊料操作過程中（引線焊接時），必須將熱焊盤焊接到封裝下方的銅區域。通過在這個銅區域內使用熱路徑，熱量可以從封裝件傳導到接地層或其他散熱裝置中。始終需要將PowerPAD焊接到PCB，即使是低功耗的應用程序也是如此。按照以下步驟將設備連接到PCB：

1、 電源板必須連接到設備上最負的電源電壓V–。

2、 用頂面蝕刻準備PCB模式。那里應蝕刻引線和蝕刻熱墊。

3、 使用熱通孔可以改善散熱，但這不是必需的。熱焊盤可使用與焊盤尺寸相等的面積連接到PCB上，無需通孔，但外部連接到V–。

4、 在隔熱墊區域放置推薦的孔。建議的SO-8 DDA封裝的熱焊盤尺寸和熱通孔模式見本文件末尾所附的熱焊盤模式機械圖紙。這些孔的直徑應為13密耳。保持它們很小，這樣焊料芯吸通過孔是沒有問題的回流焊SO-8 PowerPAD封裝的最小建議孔數為5個。

5、 可在熱墊區域外沿熱平面的任何位置放置額外的通孔。這些通孔有助于消散OPA454集成電路產生的熱量。這些附加過孔可能比直徑為13密耳的通孔大在熱墊的正下方。它們可以更大，因為它們不在要焊接的熱墊區域；因此，芯吸不是問題。

6、 將所有孔連接到具有正確電壓電勢（V-）的內部電源平面。

7、 將這些孔連接到平面時，不要使用典型的腹板或輪輻連接方法。網絡連接有一個高熱阻連接，有助于減緩焊接操作中的熱傳遞，使具有平面連接的通孔的焊接更容易。然而，在這種應用中，為了實現最有效的熱傳遞，需要低熱阻。因此，OPA454 PowerPAD封裝下的孔應與內部平面進行連接，并在整個電鍍通孔周圍進行完整連接。

8、 頂部焊接面罩應使封裝的端子和熱焊盤區域暴露。底部的焊接面罩應覆蓋熱焊盤的孔區域。這個掩蔽可防止焊料在回流焊過程中被拉離熱焊盤區域。

9、 將錫膏涂在外露的熱墊區域和所有IC端子上。

10、 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。此準備工作可使零件正確安裝。

典型應用

圖72和圖73分別說明了可編程電壓源和橋接電路中的OPA454。

圖74使用三個OPA454創建一個高壓儀表放大器。VCM±VSIG必須介于（V-）+2.5V和（V+）-2.5V之間。最大電源電壓等于±50V或100V。

圖75使用三個OPA454s來測量高壓側并聯應用中的電流。VSUPPLY必須大于VCM。VCM必須在（V-）+2.5V和（V+）-2.5V之間。遵守這些限制條件可使V1和V2保持在OPA454線性運行所需的電壓范圍內。例如，如果V+=50V且V–=50V，則V1=+47.5V（最大）和V2=–47.5V（最?。Ｗ畲箅娫措妷旱扔凇?0V，或總計100V。

參見圖76和圖79，分別在三級和六級運放輸出級的輸出電壓升壓配置中使用OPA454的電路示例。

高合規電壓電流源

本節介紹了四種不同的應用，利用具有差分輸入的高合規電壓電流源。圖69和圖83說明了不同的應用。

使用紅色發光二極管（LED）生成圖84。

雪崩光電二極管（APD）的增益是通過改變APD上的電壓來調節的。當反向電壓超過130V時，增益開始增加。圖85顯示了這種結構。

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