功率放大器PA34及其應(yīng)用

摘要：PA34是APEX公司新推出的大功率運(yùn)算放大器，它具有輸入共模范圍寬、電源電壓范圍大、效率高、失真小等特點(diǎn)，可用來(lái)完成音響功放以及半橋式全橋電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。文中介紹了PA34的特點(diǎn)、性能以及在雙向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用。給出了利用PA34設(shè)計(jì)的雙向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。同時(shí)指出了安裝PA34時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：PA34 SOA 雙向電機(jī)驅(qū)動(dòng)

1 概述

PA34是APEX公司推出的7腳TO220封裝的大功率運(yùn)算放器，它的輸入共模范圍很寬，且內(nèi)含輸出限流保護(hù)功能，同時(shí)具有很寬的電源電壓范圍。其中單電源時(shí)電源電壓范圍5V～40V；雙電源時(shí)電源電壓范圍為±2.5V～±20V。PA34的效率很高，其輸出電流最小值為2.5A，且失真很小。

PA34功率放大器可廣泛應(yīng)用于半橋或全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)、音響功放以及眾多的單電源系統(tǒng)，如5V外部電路系統(tǒng)、12V自動(dòng)化系統(tǒng)及28V航空航天系統(tǒng)等領(lǐng)域。

2 引腳排列和主要參數(shù)

圖1所示是PA34的外形封裝和引腳排列示意圖。其主要參數(shù)如下：

●電源電壓：5V～40V；

●輸出電流：PA34的輸出電流與電源到輸出間的電壓值有關(guān)，具體參數(shù)可參見圖2的SOA曲線；

●內(nèi)部功耗：18.5W；

●差模輸入電壓：±Vs；

●共模輸入電壓：+Vs～-Vs-0.5V；

●最大結(jié)溫：150℃；

●焊接溫度（10s）：300℃；

●貯存溫度范圍：-65～150℃；

●工作溫度范圍：-55～125℃。

3 主要管腳功能

PA34除了具有輸入、輸出和電源輸入引腳外，還具有兩個(gè)較為特殊的引腳VBOOST和ISENSE。

3.1 VBOOST管腳

VBOOST管腳是PA34運(yùn)放的第二級(jí)負(fù)載正端，當(dāng)這個(gè)管腳連接到高于+Vs的5V電源時(shí)，它將對(duì)上面的晶體管（連接成射跟隨器的達(dá)林頓管）提供更大的驅(qū)動(dòng)，因而可使輸出晶體管更好地飽和。

VBOOST管腳大約需要10～12mA的電流，動(dòng)態(tài)時(shí)具有1kΩ的阻抗。應(yīng)用到VBOOST的最大電壓為40V（相對(duì)于-Vs）。+Vs和VBOOST間的電壓差是沒有限制的。

圖3給出了一個(gè)自舉電路，該電路的耦合輸出波形將在VBOOST管腳輸出。而這將會(huì)引起VBOOST電壓從它的初始值向正電壓擺動(dòng)，其擺動(dòng)值為+Vs-0.7V（二極管管壓降），初始值和擺的總線為VBOOST的輸出。換句話說(shuō)，如果VBOOST初始值為19.3V，輸出擺正向電壓為18V，那么VBOOST上的電壓應(yīng)為19.3-0.7+18等于36.6V。

3.2 ISENSE管腳

ISENSE管腳可用來(lái)和輸出級(jí)的負(fù)半邊串聯(lián)。只有當(dāng)負(fù)電流輸出時(shí)，電流才流過(guò)這個(gè)管腳，此時(shí)流過(guò)這個(gè)管腳的電流和流過(guò)輸出端的電流值相同。也就是說(shuō)，如果有-1A的電流流過(guò)輸出，則ISENSE管腳將有1A的電流流過(guò)，而如果+1A流過(guò)輸出，則ISENSE管腳的電流應(yīng)當(dāng)為零。

4 應(yīng)用說(shuō)明

4.1 安全工作區(qū)（SOA）

PA34的SOA曲線可參見圖2，該安全工作曲線考慮所有限制的影響，當(dāng)電路中具有足夠的輸出電流，對(duì)于電阻性負(fù)載來(lái)說(shuō)，這種情況比較簡(jiǎn)單，而對(duì)于感性負(fù)載和具有反向電動(dòng)勢(shì)（EMF）的負(fù)載來(lái)說(shuō)這一問題就變得相對(duì)比較復(fù)雜。

在瞬態(tài)條件下，容性和感性負(fù)載只有滿足表1給出的條件值時(shí)才是安全的。但對(duì)于持續(xù)的、高能量的回饋，還必須外接快速恢復(fù)二極管。

表1 PA34的容性和感性負(fù)載安全值

4.2 穩(wěn)定性

為了保證電路的穩(wěn)定性，幾乎所有的非互補(bǔ)型輸出運(yùn)放都采取輸出級(jí)拓補(bǔ)電路，對(duì)于不同的輸出電流極性，由于其在增益和相位上的響應(yīng)不匹配，因此，要使制造商考慮到所工作條件下的最佳補(bǔ)償是很困難的。

使用時(shí)，可以在PA34的輸出端到地之間接一個(gè)1Ω的電阻并并聯(lián)一個(gè)0.1μF的電容（電源和地必須有合適的旁路電容），這樣可以避免PA34在應(yīng)用電路中產(chǎn)生局部輸出振蕩。

5 應(yīng)用電路

圖4是利用兩個(gè)PA34設(shè)計(jì)的雙向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，圖中，R1和R2將運(yùn)放A的同相增益設(shè)定為2.8，而運(yùn)放B是運(yùn)放A的輸出驅(qū)動(dòng)的一個(gè)單位增益反相器。需注意的是：運(yùn)放B反相端的參考節(jié)點(diǎn)電壓應(yīng)通過(guò)電阻R5和R6設(shè)置為電源的中點(diǎn)電壓（14V）。當(dāng)輸入為5V時(shí)，A的輸出為14V，這等于參考節(jié)點(diǎn)電壓。由于運(yùn)放B的輸出也是14V，這樣，穿過(guò)電機(jī)的電壓為0V。當(dāng)輸入電壓高于5V時(shí)，流過(guò)電機(jī)的電流從左到右。而當(dāng)輸入電壓低于5V時(shí)， 流過(guò)電機(jī)的電流方向與之相反，從而使電機(jī)做反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

6 安裝注意事項(xiàng)

在安裝PA34時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）必須用散熱器，因?yàn)榧词乖诳蛰d情況下，PA34內(nèi)部功耗也在3.6W左右，因而必須使用散熱墊圈成導(dǎo)熱膠。

（2）盡量避免折彎引腳，否則會(huì)損壞運(yùn)放的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。

（3）在管腳焊到固定端前，必須使補(bǔ)底盡可能貼緊散熱器。

（4）無(wú)論對(duì)管腳有何種方向的擠壓，都必須提供必要的應(yīng)力釋放。