MSA240 PWM放大器：高性能低成本的工業(yè)解決方案

在工業(yè)應(yīng)用中，尋找一款性價(jià)比高且性能出色的PWM放大器并非易事。今天就來給大家詳細(xì)介紹一款這樣的產(chǎn)品——MSA240 PWM放大器，它在眾多工業(yè)場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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產(chǎn)品特性與應(yīng)用

特性優(yōu)勢

MSA240具有諸多令人矚目的特性。它成本低廉，卻能提供高達(dá)100V的高電壓和20A的高輸出電流，輸出能力達(dá)到2kW。而且，其開關(guān)頻率可變，最高可達(dá)50kHz，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活的選擇。

應(yīng)用場景

該放大器的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了刷式電機(jī)控制、MRI（磁共振成像）、磁軸承以及D類開關(guān)模式放大器等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，MSA240都能發(fā)揮出其獨(dú)特的優(yōu)勢。

產(chǎn)品描述

MSA240是一款采用表面貼裝技術(shù)的PWM放大器，為許多工業(yè)應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。它的性能十分出色，可與許多更昂貴的混合組件相媲美。

這款放大器包含了振蕩器、比較器、誤差放大器、電流限制比較器、5V參考、智能控制器和全橋輸出電路等完整的PWM放大器組件。其開關(guān)頻率可由用戶編程設(shè)置，最高可達(dá)50kHz。此外，MSA240采用了導(dǎo)熱但電絕緣的基板，可安裝在散熱片上，有利于散熱。

絕對(duì)最大額定值

在使用MSA240時(shí)，需要了解其絕對(duì)最大額定值，以確保安全可靠的運(yùn)行。以下是一些關(guān)鍵的額定值：

• 電源電壓VS：100V
• 電源電壓VCC：16V
• 輸出電流峰值：30A（在安全工作區(qū)SOA內(nèi)）
• 內(nèi)部功率耗散（DC）：250W
• 信號(hào)輸入電壓：5.4V
• 引腳焊接溫度（10s）：225°C
• 結(jié)溫：175°C
• 存儲(chǔ)溫度范圍： - 40°C至105°C
• 外殼工作溫度： - 40°C至85°C

規(guī)格參數(shù)

MSA240的各項(xiàng)規(guī)格參數(shù)也非常重要，以下是一些關(guān)鍵參數(shù)：

• 誤差放大器：偏移電壓典型值為9mV，偏置電流典型值為500nA，偏移電流為150nA，共模電壓范圍為0 - 4V，壓擺率為1V/μS，開環(huán)增益為96dB，單位增益帶寬為1MHz。
• 時(shí)鐘：低電平輸出電壓為0.2V，高電平輸出電壓為4.8V，上升時(shí)間和下降時(shí)間均為7nS，引腳22的偏置電流為0.6μA。
• 5V參考輸出電壓：范圍為4.85 - 5.15V，負(fù)載電流為2mA。
• 輸出MOSFET：總電阻在(I = 20A)、(T = 85°C)時(shí)為155mΩ，連續(xù)導(dǎo)通電流為20A，峰值電流為30A，體二極管連續(xù)電流為20A，正向電壓為1.3V，反向恢復(fù)時(shí)間為250nS。
• 電源：VS電壓范圍為3 - 60V，VCC電壓范圍為15 - 16V，VS靜態(tài)電流在22kHz開關(guān)頻率下為4 - 28mA，VCC靜態(tài)電流在22kHz開關(guān)頻率下為18mA，VCC關(guān)斷電流為10mA。
• 熱阻：結(jié)到外殼的熱阻為1.2°C/W，結(jié)到空氣的熱阻為14°C/W。

外部連接與典型應(yīng)用

外部連接

在進(jìn)行外部連接時(shí)，需要注意一些要點(diǎn)。C1、3應(yīng)使用高質(zhì)量陶瓷電容，電容值≥1.0μF。所有 +Vs 引腳必須連接在一起，所有信號(hào)地（SIG GND）引腳也必須連接在一起，并在引腳26處實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地。

典型應(yīng)用

只需添加一些外部組件，MSA240就可以成為一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器。在MSA240中，每個(gè)低側(cè)MOSFET驅(qū)動(dòng)器的源極通過(R{S} A)和(R{S} B)引出用于電流傳感。A1是一個(gè)差分放大器，用于放大兩個(gè)半橋電流的差值。這個(gè)信號(hào)被輸入到內(nèi)部誤差放大器，將電流信號(hào)和控制信號(hào)混合，最終產(chǎn)生一個(gè)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸入信號(hào)。

關(guān)鍵模塊與操作要點(diǎn)

振蕩器

MSA240包含一個(gè)用戶可編程頻率的振蕩器，它決定了放大器的開關(guān)頻率，放大器的開關(guān)頻率是振蕩器頻率的一半。要正確設(shè)置放大器的開關(guān)頻率，需要選擇兩個(gè)電阻值。一個(gè)電阻(R{OSC})用于設(shè)置振蕩器頻率，另一個(gè)電阻(R{RAMP})用于設(shè)置內(nèi)部斜坡幅度。斜坡電壓將在1.5V和3.5V之間振蕩。

編程振蕩器時(shí)，(R{OSC})的計(jì)算公式為： [R{OSC}=left(1.32 × 10^{8} / Fright)-2680] 其中F是所需的開關(guān)頻率，且(R{RAMP }=2 × R{OSc })。建議使用1%精度、100ppm漂移的電阻（如RN55C型電阻），最大開關(guān)頻率為50kHz。例如，若所需開關(guān)頻率為22kHz，則(R{OSC}=3.32 ~K)，(R{RAMP }=6.64 ~K)，可選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)1%值，即(R{OSC}=3.32 ~K)，(R{RAMP }=6.65 ~K)。

關(guān)機(jī)操作

可以通過向引腳10施加關(guān)機(jī)命令電壓來關(guān)閉MSA240的輸出級(jí)。關(guān)機(jī)信號(hào)與電流限制信號(hào)進(jìn)行或運(yùn)算，并會(huì)覆蓋電流限制信號(hào)。只要關(guān)機(jī)信號(hào)保持高電平，輸出就會(huì)關(guān)閉。

電流傳感

MSA240的低側(cè)驅(qū)動(dòng)晶體管引出用于感測每個(gè)半橋中的電流。從每個(gè)感測線到電源地（引腳58）連接一個(gè)電阻，以產(chǎn)生電流感測電壓。選擇R和C，使時(shí)間常數(shù)等于所選開關(guān)頻率的10個(gè)周期。內(nèi)部電流限制比較器在200mV時(shí)觸發(fā)，因此每個(gè)半橋的電流限制發(fā)生在(I=0.2 / R_{SENSE })處。

電源旁路

為了防止局部寄生振蕩和過沖，必須在電源端子(+V{S})附近連接旁路電容。所有(+V{S})引腳必須連接在一起，在每組引腳的中點(diǎn)放置一個(gè)至少10μF的電解電容，同時(shí)在每組引腳處直接放置一個(gè)1μF或更大的陶瓷電容用于高頻旁路。(V_{CC})內(nèi)部已進(jìn)行旁路。

接地與PCB布局

開關(guān)放大器將毫伏級(jí)的模擬信號(hào)與大振幅的開關(guān)電壓和快速上升時(shí)間的電流相結(jié)合，因此接地至關(guān)重要。應(yīng)在信號(hào)地（引腳26）處使用單點(diǎn)接地，將信號(hào)地引腳2和18直接連接到引腳26的單點(diǎn)接地，將數(shù)字返回引腳23也直接連接到引腳26，將電源地引腳58和交流背板引腳28同樣連接到引腳26的單點(diǎn)接地，同時(shí)將(v_{CC})電源的接地端直接連接到引腳26。要確保負(fù)載返回電源地的電流不會(huì)在模擬信號(hào)地中流動(dòng)，避免PCB布局的電源部分跨越另一側(cè)的低電平模擬信號(hào)走線，防止通過PCB的電容耦合將開關(guān)電壓注入模擬信號(hào)路徑。此外，要確保PCB布局的電源側(cè)與模擬信號(hào)側(cè)保持一定距離，防止快速上升的輸出信號(hào)通過同一側(cè)的走線間電容耦合。

確定輸出狀態(tài)

輸入信號(hào)施加到 +IN（引腳13），電壓范圍從1.5V到3.5V，對(duì)應(yīng)從0到滿量程。當(dāng) +IN 從1.5V變化到2.5V時(shí)，A輸出相對(duì)于地的“高”占空比大于B輸出的“高”占空比；當(dāng)輸入信號(hào)從2.5V變化到3.5V時(shí)，情況相反。當(dāng)(+IN = 2.5)V時(shí)，A和B輸出的占空比均為50%。因此，當(dāng)輸入電壓為1.5V時(shí)，A輸出接近100%占空比，B輸出接近0%占空比；當(dāng)輸入電壓為3.5V時(shí)，情況相反。輸出占空比的極值會(huì)隨開關(guān)頻率有所變化，在10kHz時(shí)內(nèi)部限制在約5% - 95%，在50kHz時(shí)限制在約7% - 93%。

技術(shù)支持與注意事項(xiàng)

如果在使用MSA240過程中需要技術(shù)幫助，可以通過以下方式聯(lián)系A(chǔ)pex支持：在北美地區(qū)可撥打免費(fèi)電話800 - 546 - 2739；也可通過電子郵件聯(lián)系apex.support@apexanalog.com。國際客戶可以聯(lián)系當(dāng)?shù)氐腁pex Microtechnology銷售代表獲取支持。

需要注意的是，Apex Microtechnology雖盡力確保文檔內(nèi)容的準(zhǔn)確性，但信息可能會(huì)隨時(shí)更改且不另行通知，產(chǎn)品按“原樣”提供，不提供任何形式（明示或暗示）的保證。此外，Apex Microtechnology的產(chǎn)品不適合用于生命支持、汽車安全、安全設(shè)備或其他關(guān)鍵應(yīng)用，此類應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)由客戶自行承擔(dān)。

總的來說，MSA240 PWM放大器以其出色的性能和豐富的功能，為工業(yè)應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否也遇到過類似的放大器，它們的表現(xiàn)又如何呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。