AN-230301:HJ544C功率運(yùn)算放大器應(yīng)用指南

1.
概述

HJ544C功率運(yùn)算放大器是一種符合GJB2438B規(guī)定的厚膜混合集成電路。由一個運(yùn)算放大器、功率驅(qū)動器、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和過流保護(hù)網(wǎng)絡(luò)組成。在工藝上，采用BeO基板絲網(wǎng)印刷和改進(jìn)的厚膜集成電路工藝（共晶焊工藝），有效的降低了熱阻，提高了器件的可靠性。具有低輸入失調(diào)電壓、低輸入失調(diào)電流、電源電壓范圍寬、共模輸入電壓高和輸出電流高等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于馬達(dá)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動器、快速偏轉(zhuǎn)驅(qū)動器、電纜驅(qū)動器、陀螺線圈加矩、程控電源以及石油測井系統(tǒng)中。已實(shí)現(xiàn)了對于OPA544中壓應(yīng)用下的完全國產(chǎn)化替代。

2.

封裝形式

封裝采用TO-257F五引線金屬全密封封裝和TO-257-5L五引線金屬全密封封裝。

3.

典型應(yīng)用及注意事項(xiàng)

注：

1. PCB布局時，電源濾波電容應(yīng)連接在緊靠運(yùn)算放大器的電源端，以有效的吸收電源上的高頻雜波，提高器件的工作穩(wěn)定性與可靠性。電源濾波電容采用大容量（10μF）鉭電容和小容量（0.1μF）瓷介電容并聯(lián)，0.1μF的瓷介電容更應(yīng)該靠近運(yùn)算放大器電源端。且應(yīng)選用耐高溫?zé)o感電容。

2. ZL可為阻容性負(fù)載或感性負(fù)載。

HJ544C為純國產(chǎn)化器件，芯片內(nèi)部補(bǔ)償電容與進(jìn)口器件有所差異，直接原位替代時，需要重新設(shè)置外圍的反饋電容（Cf）參數(shù)值（通常是需要減小電容值的，有時甚至需要去掉反饋電容）。若存在輸出振蕩或輸出幅度不對稱等異?，F(xiàn)象時，可在Rf（如圖5所示）上并聯(lián)一個100～1000 pF的電容或輸出對地串聯(lián)一個100～1000 pF的電容（其原理和重新設(shè)置外圍相位補(bǔ)償電容值一致）。

3. 若在電源端需要增加限流電阻時，要注意限流電阻阻值選取的合理性，電阻值不能過大以保證消耗在限流電阻上的壓降不能太大，避免導(dǎo)致近器件端的電壓值過低而造成的輸出波形異常的現(xiàn)象發(fā)生。

4. HJ544C內(nèi)部具有輸出接地（短路）保護(hù)功能。當(dāng)輸出異常接地（短路）時，器件處于過流態(tài)，會迅速產(chǎn)生大量的熱，若散熱器功率不足，器件會因熱量不能及時散去而導(dǎo)致溫度上升，嚴(yán)重的使得器件熱燒毀，導(dǎo)致功能失效。

同理，HJ544C全功率使用時必須配合適的散熱器。

5. 在印刷線路板布局時，需要考慮散熱器的位置及擺放的選擇。結(jié)合以往應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，建議應(yīng)用以下兩種擺放方式：

（1）垂直布局（僅限HJ544CT）

垂直布局指器件垂直于PCB板而放置，這種放置方式為散熱器的選擇提供了很大便利。將散熱器平行于器件放置，散熱器的面積就可做得比較大，可以在最大程度上提高散熱效率。在空間沒有要求的情況下，可以選擇垂直布局。垂直布局加散熱器實(shí)物圖如下圖：

（2）平行布局

平行布局指器件平行于PCB板而放置，HJ544CTW就是專門為平行布局而設(shè)計的。這種放置方式節(jié)省了空間，提高了系統(tǒng)的集成度，可用于小功率的使用。若平行布局需要使用散熱器時，可在PCB板與器件之間增加一個冷板，以此來增大散熱面積。平行布局實(shí)例圖如下：

6. 外引線使用注意事項(xiàng)：

HJ544CT的外引線通過陶瓷絕緣子與外殼燒結(jié)而成。為了使外引線和陶瓷絕緣子具有相同的熱膨脹系數(shù)來適應(yīng)溫度變化所引起的形變，避免氣密性受損，同時還需要滿足良好的導(dǎo)電性，因此選擇導(dǎo)電性能良好的銅和與陶瓷絕緣子熱膨脹系數(shù)相匹配的鋼作為外引線的材料，其結(jié)構(gòu)為鋼包銅結(jié)構(gòu)（示意圖如圖8所示）。但是相比于塑封器件，這種材料硬度較大，不易成形。塑封器件的塑料外殼和外引線存在熱膨脹系數(shù)不同的問題，無法在高溫環(huán)境下長期、穩(wěn)定使用，甚至使用前需要預(yù)烘來去除水氣否則無法正常工作。

按照以往的進(jìn)口器件使用方法，一般是將器件的外引線成形為“前3后2”的布局，如圖9所示。由于外引線間距僅為1.7mm，這樣布局，很大程度上解決了外引線與外引線之間可能存在的短路及焊接等問題，但無法保證HJ544CT成形時外引線的可靠性，并且，“前3后2”的布局需要對管腳二次成形，在第二次成形時，第一次已成形好的外引線對第二次成形工裝的設(shè)計及使用起到了極大的負(fù)面作用。若不使用專業(yè)的成形工具，會造成陶瓷絕緣子破裂（正常陶瓷絕緣子如圖10所示，破裂的陶瓷絕緣子如圖11所示），影響氣密性；若成形時未對外引線進(jìn)行有效的保護(hù)，會造成外引線異常形變（如圖12所示），嚴(yán)重的還會導(dǎo)致器件的外引線脫落（如圖13所示），使得起器件功能失效。

綜上：當(dāng)需要使用的功率較大或者全功率使用時，可以使用HJ544CT且采用垂直布局；當(dāng)需要使用的功率較小時，可以使用HJ544CTW，采用表貼結(jié)合冷板布局設(shè)計。

若要使用HJ544CT且采用水平布局，可在以破壞外引線鍍層為前提的基礎(chǔ)下，采用專用設(shè)計工裝對外引線進(jìn)行成形，成形后的實(shí)物圖見圖14，推薦PCB布局參考如圖15所示。