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[参考译文] THS3062:如何计算运算放大器的功率损耗

Guru**** 688030 points
Other Parts Discussed in Thread: THS3062, THS3061, THS3121, TINA-TI, THS3122
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/970125/ths3062-how-to-calculate-the-power-losses-of-op-amp

器件型号:THS3062
主题中讨论的其他器件: THS3061THS3121TINA-TITHS3122

尊敬的 TI 专家:

我使用 THS3062来设计电路、如下所示。 它的配置为增益= 2。 该放大器由20kHz 频率的周期性输入供电、振幅为-5V 和+7.5V。 然后、输出后面跟随推挽、以放大其电流、从而驱动一阶 RC 电路。 RC 电路的参数为5R 和20nF。 由于运算放大器的增益为2、因此 RC 电路由振幅为-10V 和+15V 的方波驱动。

请注意、运算放大器不是轨到轨放大器、运算放大器的电源 Vs+、Vs-分别为-12V 和+18V。

我担心运算放大器或推挽(实际上是4个并联的)可能具有过多的功率、然后会过热甚至损坏。 因此、您能否向我展示如何 计算运算放大器的功率损耗以及下方所示的电路中的推挽。

此致

亚涛

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    Yatao 您好、

    这些是您的电路的典型曲线吗?

    e2e.ti.com/.../yatao_5F00_ths3062.TSC

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢您的回复!

    是的、这是我的典型电路、除了我的 NPN/PNP 对是 ZXTN07045EFF/ZXTP07040DFF、而 NPN/PNP 对的基极电阻 RB 是25R。

    此致

    亚涛

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    好的,亚都  

    您的大多数运算放大器功率将仅为静态电流-假设最坏情况12mA 乘以30V 或360mW、如果您使用双路、  

    Kai 的 sims 显示晶体管中的极高基极电流尖峰、但静态电流较低-这是由于仿真中的转换边沿非常快。 该电流反馈器件将尝试跟随它的7000V/μ s 压摆率-高 dV/dT 会很好地移动晶体管电容、但具有高峰值电流-如果您不需要这种边沿速率、 通过 V+输入的 RC 降低输入信号、它将降低边沿上的峰值基极电流。  

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    在25R 基极电阻下、THS3062的输出电流很可能会超过绝对最大额定值中给出的200mA 输出电流限制。

    Kai

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    Yatao 您好、

     正如 Michael 所说、当您具有静态电流和电压电源时、可以轻松计算典型的功率耗散。 这是一篇有关计算 最大功耗的深入技术博客。 此博客考虑了流向负载的电流以及计算结温。 THS3061的最高结温为125C、持续运行时为150C、绝对最大值为150C。

      此外、如 Kai 所说、您必须小心处理放大器的输出限制。 您可以通过更改基极电阻器来控制流入这些晶体管的电流量。  

    谢谢、

    Sima  

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    尊敬的 Kai:

    很抱歉 、为 简单起见、图中仅绘制了一个 THS3061和一个推挽。

    在我的实际实验中、这两个 THS3121 (而非3061)是并联的、每个都驱动2个推挽。 总共2个运算放大器和4个推挽驱动了 RC 负载。  

    此外、在我的实验中、3121的实际输入电压由另一个运算放大器生成、输入电压 VI 的边沿不像 Sims 那么尖锐。  

    我对数十个输入脉冲(VI)的测试显示没有错误的 doings、并且 RC 负载被正确驱动。

    但我没有完成该电路的连续运行、因此我会询问您运算放大器的功率损耗和推挽。

    此致

    亚托

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    Yatao 您好、

    您是否有可以与我们共享的 TINA-TI 仿真文件? 我偶然发现了你晶体管的 Spice 模型,但不幸的是,TINA-TI 拒绝接受它们:-(

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    我没有这样的文件。

    如果您甚至无法构建这样的文件、我也无法确定。

    您能不能仅仅给出功率损耗的估算值? 这对我判断该纸盘是否会在连续作业中破裂的判断来说是一个粗略的价值。 这对我来说已经足够了。

    NPN 和 PNP 的 SPICE 文件可在"https://www.diodes.com/search/?q=ZXTN07045EFF&t=keyword&action_results=Go"  "表的右侧列中找到">www.diodes.com/.../

    此致

    亚涛

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    您好 Yaatao、

      如前所述、大多数功耗将是放大器的电源乘以放大器的最大静态电流。 对于 THS3121、假设它大约为30V*11mA = 330mW。 在下面的 silms 中显示的信号转换时、每个放大器在负载的最大输出电流(15V/25Ohm = 600mA)下将获得峰值功率耗散(感谢 Kai 进行仿真、我只更换了放大器和基极电阻器)。 如果您观看此 有关 放大器功率/温度的 TI 高精度视频 和/或其 PDF 示例、则在峰值输出电流时、每个放大器的功率损耗将介于2.62W 左右的最大(直流)和1.86W 的最大(交流正弦波)之间。 该值将接近较高的接近直流估算值。 要计算采用 DGN-8封装的温度结点(视频和 pdf 中的公式)、您可以得到152.82C 至178.2C 的结温(使用直流估算)。 这很可能不会达到这些高温、 但是、最好将基极电阻器的 DGN-8电阻从25欧姆提高到至少45欧姆、将 D-8电阻从至少85欧姆、以便将此结温降至125摄氏度的绝对最大连续运行温度以下  

    谢谢、

    Sima

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    您好、Sima、

    感谢您的回复。

    为了确保我正确理解您的理解、我想问您这样做:"您将在每个放大器中获得大约2.62W 的最大(直流)功率耗散和1.86W 的最大(交流正弦波)功率耗散。 该值将接近较高的接近直流估算值"是指 :3121的峰值瞬时功率为2.62W、而3121的平均功率仍然为、如您所说"对于 THS3121、假设它大约为30V*11mA = 330mW"?

    此致

    亚涛

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    Yatao 您好、

    我尝试通过更改晶体管和运算放大器来执行更真实的仿真。 事实证明、输入信号上升时间对组件的耐用性问题有很大影响。 以下模拟为您提供了所需的一切:-)

    首先、2ns 的输入信号上升时间:

    缩放:

    则输入信号上升时间为20ns:

    缩放:

    最后是50ns 的输入信号上升时间:

    然后再次使用缩放:

    e2e.ti.com/.../yatao_5F00_ths3121.TSC

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    非常感谢您的耐心支持和为我所做的宝贵工作。

    我刚才在您的帖子中测量了 VG1电压源的上升时间、它大约为10ns。

    如何评估功率损耗?

    此致

    亚涛

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    Yatao 您好、

    让我们讨论一下正半波输入信号期间发生的情况。 负半波期间的行为几乎相同。 假设输入信号上升时间为50ns:

    从仿真中可以看出、"I_R1"大部分时间为零。 然后在"U1"内不会散发与负载相关的热量。 仅在输入信号切换为高电平的短暂期间"I_R1"不为零时:

    因此、在大约70ns 的时间段内、热量会被吸收

    VM3 x I_R1

    在"U1"内耗散。 用手在两个光标的帮助下计算该乘积、就在"I_R1"显示其峰值时、您将看到最大功率约为4.4W。

    换言之:在25µs μ s 至70ns 期间、"U1"内不会耗散任何负载相关热、在70ns 期间、会耗散高达4.4W 的热量。 这给出了中"U1"内与负载相关的平均热耗散

    < 4.4W * 70ns / 25µs = 12.3mW

    您仍然必须在此动态散热中加上 THS3122静态电流高达11.5mA 导致的静态热耗散

    11.5mA x 30V = 345mW

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    我昨天回答说上升时间大约为20ns。 但我认为这与50ns 条件相比几乎没有什么区别。

    我将严格遵循您的计算流程。 但我想知道为什么 VM1位于 U1的正电源和输出端、而不仅仅是 U1输出端和接地端的电压?

    此致

    亚涛

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    Yatao 您好、

    如果您想知道运算放大器内耗散的热量、必须计算运算放大器内的压降、即正半波的"正电源电压减去输出电压"。

    Kai  

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    尊敬的 Kai:

    感谢您的解释。

    但我认为可能应该移除流经 R3和 R4的电流,以获得 U1的精确功率:-)

    我很好奇、为什么大家都认为3212的静态电流是数据表中列出的最大值?

    此致

    亚涛

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    Yatao 您好、

    为了使 THS3122获得完全散热,实际上,甚至必须增加流经 R3和 R4的电流,因为流过它们的电流也必须由运算放大器提供,并且在 THS3122内产生热量:-)

    Kai

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    还请记住、绝对最大额定值中存在输出电流限制:

    如仿真所示(见上文)、所有边沿过快的输入信号可能导致超出绝对最大额定值的输出电流过高。

    您知道应用中的输入信号上升时间吗?

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    输入信号上升时间约为10ns。 那么、这将影响您提供的计算结果?

    此致

    亚涛

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    Yatao 您好、

    在这种情况下、THS3121处于危险之中、并且由于违反了最大输出电流规格、长期可靠性将降低。 然后、正如 Sima 已经建议的那样、我将增加两个基极电阻器。 Rb = 51R 似乎是一个很好的折衷:-)

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢您的全程帮助。

    此致

    亚涛

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    您好 Kai、

      感谢您的这些仿真和解释!  

    Sima

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    您好、Sima、

    感谢您的患者帮助!

    此致

    亚涛

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    您好、Michale、

    感谢您的宝贵建议和高水平。

    此致

    亚涛

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    欢迎您的到来:-)

    Kai