OPA564是1.5A，24V，17MHz功率运算放大器

特征

•高输出电流：1.5A

•电源范围广：

–单电源：+7V至+24V

–双电源：±3.5V至±12V

•输出摆幅大：1.5A时为20VPP

•完全保护：

–热关机

–可调电流限制

•诊断标志：

–过流

–热关机

•输出启用/关闭控制

•高速：

–增益带宽产品：17MHz

–全功率带宽为10VPP:1.3MHz

–转换速率：40V/ms

•用于结温监测的二极管

•HSOP-20电源板™ 包装（底部和顶部隔热垫版本）

应用

•电力线通信

•执行器驱动器阀

•VCOM驱动程序

•电动机驱动器

•音频功率放大器

•电源输出放大器

•测试设备放大器

•传感器励磁

•激光二极管驱动器

•通用线性功率放大器

说明

OPA564是一种低成本、大电流运算放大器，非常适合驱动高达1.5A的无功负载。高转换率提供1.3MHz的全功率带宽和良好的线性度。这些单片集成电路在高要求的电力线通信和电机控制应用中提供了高可靠性。

OPA564在单电源7V至24V或双电源±3.5V至±12V下工作。在单电源操作中，输入共模范围扩展至负极电源。在最大输出电流下，宽输出摆幅提供20VPP（IOUT=1.5A）能力，标称24V电源。

OPA564具有内部保护，可防止温度过高和电流过载。它旨在提供一个准确的，用户选择的电流限制。提供两个标志输出；一个表示电流限制，另一个表示过热状态。它还有一个启用/关闭引脚，可以强制低关闭输出，有效地断开负载。

OPA564安装在一个热增强的表面贴装电源板中™ 封装（HSOP-20），可在封装的顶部或底部选择热垫。两种型号的操作都是在工业温度范围内，即-40°C到+85°C。

OPA564相关产品

引脚配置

（1）、PowerPAD内部连接到V，始终需要将PowerPAD焊接到PCB，即使是低功耗的应用程序也是如此。

（2）、PowerPAD内部连接到V。

功能引脚图

典型特征

TCASE=+25°C，VS=±12V，RLOAD=20kΩ到GND，RSET=7.5kΩ，E/S引脚启用，除非另有说明。

申请信息

基本配置

图35显示了作为一个基本的非转换放大器连接的OPA564。然而，OPA564几乎可以用于任何运算放大器配置。

电源端子应使用低串联阻抗电容器旁路。介绍了陶瓷电容器和钽电容器并联使用的技术。电源接线应具有低串联阻抗。

注：（1） RSET将电流限制值从0.4A设置为1.5A。

（2） E/S引脚强制低关闭输出。

（3） VDIG不得超过（V–）+5.5V；有关为VDIG生成信号的示例，请参见图56。

电源

OPA564在单路（+7V至+24V）或双路（±3.5V至±12V）模拟电源和+3.3V至+5.5V（参考V-引脚）的数字电源方面具有出色的性能。请注意，只要总电压保持在24V以下，模拟电源电压不需要对称。例如，正极电源可以设置为14V，负极电源电压为–10V。在工作电压范围内，大多数行为保持不变。典型特性中显示了随工作电压显著变化的参数。

电源排序必须确保数字电源电压（VDIG）在电源电压之前施加，以防止对OPA564造成损坏。图36显示了可接受和不可接受的电源排序。

（1） 不允许（A）中所示的电源顺序。此电源顺序会损坏设备。

图36：电源顺序

可调限流

OPA564通过其精确的、用户可调的电流限制为负载提供过电流保护（ISET引脚）。通过控制通过ISET引脚的电流，可以将电流限制值ILIM设置在0.4A到1.5A之间。设置电流限制不需要特殊的功率电阻器。输出电流不流过ISET引脚。

对于输出电流的一般粗略限制，负轨上的一个简单电阻就足够了。图30显示了ISET和IOUT之间的传递函数与电流限制设置电阻RSET之间的误差百分比；图31和图32显示了该误差如何转化为IOUT与RSET之间的变化。虚线表示理想的输出电流设置，该设置由以下等式确定：

限流设置镜和输出级之间的失配误差主要是由~1.2V带隙基准、内部5kΩ电阻器、限流器和输出级镜之间的不匹配以及相对于负轨的RSET电阻器的公差和温度系数的变化引起的。此外，结温的增加会导致ISET和IOUT镜之间的精度增加不匹配。图53显示了一种可以使用简单的零漂移电流源动态改变电流限制设置的方法。该方法将电流限制方程简化为：

进入ISET引脚的电流由NPN电流源决定。因此，消除了内部1.2V带隙基准和5kΩ电阻失配引起的误差，从而提高了传递函数的整体精度。在这种情况下，ISET中误差的主要来源是RSET电阻公差和NPN晶体管的β。

因此，当用户试图对输出电流进行粗略的限制时，应注意第56级的电流输出通过动态切换当前限制设置。通过OPA564的反馈回路控制输出电压，可以更好地实现可预测的性能。

设置电流限制

不连接ISET引脚会损坏设备。不建议将ISET直接连接到V–因为它编程的电流限制远远超过设备的1.5A容量，并导致过度的功耗。RSET的最小建议值为7.5kΩ，将最大电流限制编程为约1.9A。RSET的最大值为55kΩ，它将最小电流限制编程为约0.4A。调整电流限制（ILIM）的最简单方法是使用连接在ISET引脚和V–）之间的电阻器或电位计，根据方程式1。

如果已定义ILIM，则可通过将方程1重新排列为方程3来求解RSET：

RSET与5kΩ内部电阻器一起确定设定所需输出电流限值的小电流量。

图37显示了OPA564电流限制架构的简化示意图。

启用/关闭（E/S）引脚

当E/S引脚强制为低时，OPA564的输出关闭。对于正常操作（输出启用），E/S引脚必须拉高（至少高于V-）2V。为了永久启用OPA564，E/S引脚可以保持断开。E/S引脚有一个内部100kΩ上拉电阻器。当输出关闭时，OPA564的输出阻抗为6GΩ| | 120pF。输出关断输出电压与输出电流的关系如图42所示。虽然在关闭时输出是高阻抗的，但是仍然有一条路径通过反馈网络进入输入级接地；见图43。为防止损坏OPA564，确保输入端子+IN和–IN之间的电压不超过0.5V，并且在电源导轨V–和V+之外运行时，流过输入端子的电流不超过10mA。请参阅输入保护部分。

输入保护

OPA564上的输入保护采用静电放电（ESD）保护、背靠背二极管和输入电阻（见图43）。由于放大器的转换率有限，超过这些二极管的开启阈值，如在脉冲条件下，会导致电流流过输入保护二极管。如果输入电流不受限制，背靠背二极管和输入装置可能会被破坏。高输入电流源也会对放大器造成细微损坏。虽然该装置可能仍能正常工作，但重要参数，如输入偏移电压、漂移和噪声可能会发生偏移。

当使用OPA564作为单位增益缓冲器（跟随器）、作为逆变放大器或处于关机模式时，必须限制输入端子（+in和–in）之间的输入电压，以使电压不超过0.5V。必须在V–到V+的整个共模范围内保持这种状态。如果输入位于任一供电轨上方，则通过ESD保护二极管的电流必须限制在10mA。在经过轨道的偏移过程中，仍然需要限制输入端子之间的电压。如有必要，应在+IN和–IN之间添加外部背靠背二极管，以保持这些连接之间的0.5V要求。

输出关闭

停机引脚（E/S）参考负极电源（V-）。因此，在单电源和双电源应用中，停机操作略有不同。在单电源操作中，V–通常等于共同点。因此，停机逻辑信号和OPA564停机引脚参考相同的电位。在这种配置中，逻辑管脚和OPA564 enable可以简单地连接在一起。当电压电平低于0.8V时，会发生关机。OPA564在高于2V的逻辑电平下启用。在双电源操作中，逻辑引脚仍然参考逻辑地面。但是，OPA564的关闭引脚继续参考V–。

因此，在双电源系统中，要关闭OPA564，逻辑信号的电压电平必须通过某种方式进行电平偏移。改变逻辑信号电压电平的一种方法是使用光耦，如图38所示。

为了关闭输出，将E/S引脚拉低，不高于V–0.8V。此功能可用于在空闲期间节省电力。要使输出恢复到启用状态，E/S引脚应拉至至少高于V–2.0V。图27显示了典型的启用和关闭响应时间。应注意，E/S引脚不影响内部热关机。

当OPA564用于设备关闭的应用时，应特别注意输入保护。考虑下面两个例子。

图39显示了在跟随器配置中的放大器。负载连接在电源V+和V-的中间。

当设备在这种情况下关闭时，负载将VOUT拉至地面。然后很少或没有电流流过OPA564的输入端。

现在考虑图40。这里，负载连接到V–。当设备关闭时，电流从正输入+IN流过第一个1.6kΩ电阻，通过一个输入保护二极管，然后经过第二个1.6kΩ电阻器，最后通过100Ω电阻器流向V–。

这种电流在输入端产生一个远大于0.5V的电压，从而损坏OPA564。如果负载连接到正极电源，也会出现类似的问题。

注意安全

此配置会损坏设备。

解决方案是在OPA564输入端放置外部保护二极管。图41说明了这种配置。

注意：此配置在关机期间保护输入。

确保微控制器的兼容性

并非所有的微控制器在通电或复位后输出相同的逻辑状态。例如，8051型微控制器输出逻辑高电平，而其他型号在复位后用逻辑低电平加电。在图38（a）的配置中，关断信号施加在光耦内的光电二极管的阴极侧。高逻辑电平使OPA564被激活，低逻辑电平使OPA564关闭。在图38（b）的配置中，逻辑信号施加在阳极侧，高电平使OPA564关闭，低电平使运算放大器工作。

电流限制标志

OPA564有一个电流限制标志（IFLAG），可以对其进行监控，以确定负载电流是否在或超过用户设定的电流限制范围内工作。与标准的CMOS引脚逻辑兼容（IFLV与标准输出兼容）。相对于V，+0.8V或更低的电压电平表示放大器在用户设置的限制内工作。相对于V，+2.0V或更高的电压电平表示OPA564的工作电压高于（超过）用户设定的电流限制。有关正确的限流操作，请参阅设置电流限制。

输出级补偿

功率运算放大器应用中常见的复杂负载阻抗会导致输出级不稳定正常工作时，通常不需要输出补偿电路。然而，如果OPA564被驱动到电流极限，则可能需要R/C网络（缓冲器）。当驱动大的电容性负载（大于1000pF）或感性负载（例如，通过长电缆与放大器分离的电机或负载）时，如图54所示的缓冲电路也可以提高稳定性。通常，3Ω到10Ω，0.01mF到0.1mF串联就足够了。某些负载可能需要电路值的某些变化。

输出保护

OPA564的输出结构包括ESD二极管（见图43）。OPA564输出端的电压不得超过任一供电轨0.4V以上，以免损坏设备。产生无功和电磁场（EMF）的负载可以将负载电流返回到放大器，导致输出电压超过电源电压。如图54和图55所示，从输出端子到电源的箝位二极管可以避免这种损坏情况。建议使用连续额定值为3A或更大的肖特基整流二极管。

热防护

OPA564有热感应电路，有助于保护放大器不超过温度限制。OPA564中消耗的功率导致结温升高。当模具温度达到热关机温度限制时，内部热关机电路将禁用输出。OPA564输出保持关闭，直到模具充分冷却；参见电气特性，热关机部分。

根据负载和信号条件，热保护电路可以循环打开和关闭。这种循环限制了放大器的损耗，但可能会对负载产生不良影响。任何启动热保护电路的趋势都表明功耗过大或散热片不足。为了实现可靠、长期、连续运行，IOUT最大输出为1.5A，结温应限制在最大+85°C。图44显示了直流和均方根信号输出的最大输出电流与结温的关系。要估计完整设计（包括散热器）的安全余量，请提高环境温度，直到热保护触发。使用最坏情况下的负载和信号条件。为了获得良好的长期可靠性，热保护应触发高于应用的最大预期环境条件35℃以上的温度。

OPA564的内部保护电路设计用于防止过载；它不是用来替换适当的持续散热运行OPA564热关机会降低可靠性。

用TSENSE测量结温

OPA564包括一个用于结温监测的内部二极管。该二极管的h系数为1.033。测量OPA564结温可通过将TSENSE引脚连接到远程结温传感器（如TMP411）来完成（见图57）。

功耗和安全操作区

功耗取决于电源、信号和负载条件。对于直流信号，功率耗散空间等于输出电流（IOUT）和传导输出晶体管上的电压的乘积[（V+）-VOUT（源极时）；VOUT–（V–）时]的乘积。交流信号的耗散下。

图45显示了在室温下，不同散热力下的安全操作区域。请注意，安全输出电流随着（V+）-VOUT或VOUT–（V-）的增加而减小。图46显示了不同温度下的安全操作区域，电源板焊接到一个2盎司的铜垫上。

封装中可以安全散热的功率与环境温度和散热器设计有关。PowerPAD封装是专门为提供出色的功耗而设计的，但是电路板布局极大地影响了封装的散热。请参阅有关详细信息，请参阅热增强型PowerPAD封装部分。

热阻和功耗之间的关系可以表示为：

将这些方程式组合起来会产生：

式中：

TJ=结温（℃）

TA=环境温度（°C）

qJA=连接到环境的热阻（°C/W）

PD=功耗（W）

为了确定所需的散热片面积，应计算所需的功耗，并应考虑功耗和热阻之间的关系，以尽量减少关机条件并允许长期正常工作（结温不超过+85°C）。

一旦选择了散热片区域，应测试最坏情况下的负载条件，以确保适当的热保护。

对于板尺寸有限的应用，参考图47了解相对于散热器面积的近似热阻。增加散热片面积OPA564使用HSOP-20 PowerPAD DWP beyond 2in2，热阻几乎没有改善。为了达到电气特性中所示的33°C/W，使用了9in2的2oz铜平面。根据环境温度和散热片面积，PowerPAD封装非常适合从2W到4W的连续功率级。气流的增加也会影响最大功耗，如图48所示。在开关占空比较低的应用中，例如远程抄表，可以实现更高的功率水平。

热增强型功率板组件

OPA564使用HSOP-20 PowerPAD DWP和DWD封装，这是热增强的标准尺寸IC封装。这些封装大大增强了功耗能力，可以使用标准印刷电路板（PCB）组装技术轻松安装，并且可以使用标准维修程序拆卸和更换。

DWP PowerPAD封装的设计使得引线框架芯片垫（或热垫）暴露在IC的底部，如图49a所示；DWD PowerPAD封装在封装的顶部有一个裸露的焊盘，如图49b所示。热垫在芯片和外部之间提供了极低的热阻（qJC）路径包的。

带外露焊盘的PowerPAD封装被设计成直接焊接到PCB上，使用PCB作为散热片。Texas Instruments不建议在未将其焊接到PCB的情况下使用PowerPAD封装，因为存在降低热性能和机械性能的风险正直。正直此外，通过使用热通孔，底部热垫可以直接连接到电源板或设计成PCB的特殊散热片结构上。电源板的电压电位应与V–相同。将底部的PowerPAD焊接到PCB始终是必需的，即使对于低功耗的应用也是如此。它在引线框架模具和PCB之间提供必要的热连接和机械连接。

Pad-up-PowerPAD封装应该有适当设计的散热片。由于这种类型的散热器的多样性和灵活性，其他详细信息应来自散热器的特定制造商。

底部电源板装配工艺：

1、 电源板必须连接到设备的最负电源V–。

2、 准备带有顶部蚀刻图案的PCB，如所附的thermal land pattern mechanical图纸所示。导线和热焊盘都应进行蚀刻。

3、 在热垫区域放置建议数量的孔（或热通孔），如随附的热焊盘图案机械图纸所示。这些孔的直径应为13mils（.013in或330.2mm）。它们保持很小，这样在回流焊期间，通过孔的焊料芯吸不是问题。

4、 建议（但不要求）在封装下方和热垫区域外放置少量孔。这些孔在铜地和地平面之间提供了额外的热通道，直径为25密耳（.025英寸或635毫米）。它们可能更大，因为它们不在需要焊接的区域，所以芯吸不是问题。该配置在所附的therma land模式机械图纸中进行了说明。

5、 将所有孔（包括热焊盘区域内和焊盘区域外的孔）连接到与V-电压电位相同的内平面上。

6、 当将这些孔连接到内部平面时，不要使用典型的腹板或轮辐连接方法（如图50所示）。腹板连接具有高热电阻连接，这有助于在焊接操作期间减缓热传递。这种配置使得具有平面连接的通孔的焊接更加容易。然而，在这种应用中，低热阻是最有效的传热要求。因此，电源板组件下的孔应与内部平面连接，并在整个电镀通孔周围进行完整连接。

7、 顶部的焊接面罩应使封装的端子和热焊盘区域暴露。热垫区域应露出13mil的孔。焊盘外部应覆盖25密耳的热掩模。

8、 在暴露的热垫区域和所有封装端子上涂抹焊膏。

9、 完成这些准备步骤后，PowerPAD IC被简单地放置在适当的位置，并作为任何标准的表面贴装元件运行焊料回流焊操作。此处理会导致零件正确安装。

有关PowerPAD软件包的详细信息，包括热建模注意事项和维修程序。

应用电路

OPA564的高输出电流和低电源使其成为驱动激光二极管和热电制冷器的理想选择。图51显示了一个改进的啸叫电流泵电路。

电力线通信

电力线通信（PLC）应用需要在现有交流电源线上进行某种形式的信号传输。将这些调制信号耦合到线路上的常用技术是通过信号转换器。通常需要一个功率放大器来提供足够的电流和电压水平来驱动当今电力线上存在的各种负载。一个这样的应用程序如图52所示。OPA564用于驱动频率调制方案中使用的信号，例如FSK（频移键控）或OFDM（正交频分复用），以通过电力线传输数字信息。OPA564的功率输出能力需要驱动图中所示变压器的电流需求，通过耦合电容器耦合到交流电源线。通常需要或需要电路保护，以防止过大的线电压或电流浪涌损坏功率放大器和应用电路中的有源电路。

可编程电源

图53显示了用于控制ISET以调整OPA564的电流限制的OPA333。

图54显示了一个基本的电机速度驱动器，但不包括对电机速度的任何控制。对于需要对电机速度进行良好控制，但不要求转速表控制精度的应用，图55中的电路通过使用电流消耗反馈来控制电机驱动。

有关此电路的更多信息，请参阅应用公告直流电机转速C控制器：控制a无转速计反馈的直流电机（SBOA043），可从TI网站下载。

图56显示了为VDIG生成信号的两个示例。图56a使用1N4732A齐纳使VDIG精确地高于V–4.7V。图56b使用高压子调压器导出VDIG电压。图58显示了详细的电力线通信电路。

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