Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Dlaczego ważny jest potencjał PowerPada we wzmacniaczach mocy?

ghost666 20 Lis 2014 14:54 2574 0
  • Obecny w wielu obudowach układów scalonych PowerPad™ jest fantastycznym dodatkiem umożliwiającym odprowadzanie mocy strat wzmacniaczom operacyjnym mocy i innym układom liniowym. Jest to szczególnie istotne w przypadku elementów w niewielkich obudowach, takich jak obudowy SO do montażu powierzchniowego. PowerPad™ zapewnia tor o niskim oporze cieplnym pozwalający na transferowanie nadmiaru ciepła z układu scalonego na zewnętrzny radiator lub na miedzianą wylewkę na płytce drukowanej (PCB), która zachowywać się będzie jak takowy. Karty katalogowe układów zazwyczaj specyfikują, jaki powinien być potencjał elektryczny tego odsłoniętego padu. Najczęściej jest to najbardziej ujemne napięcie występujące na elemencie. W przypadku systemów z pojedynczym napięciem zasilania jest to 0V, czyli masa, jednakże jeśli obecne są dwa napięcia zasilania przy zasilaniu symetrycznym, często musi być to napięcie ujemne (V-).

    Przykładam takiego układu może być wzmacniacz operacyjny mocy OPA569. Poniżej zaprezentowano fragment karty katalogowej tego układu, warto zauważyć, iż napisane na tej ilustracji jest, iż PowerPad™ podłączony powinien być do napięcia V-. W rzeczywistości po prostu nie może on być podłączony do napięcia bardziej dodatniego niż V- bez problemów z różnicą potencjałów. Pin V- jest wewnętrznie połączony z padem termicznym układu. Część układów mocy w obudowach do montażu przewlekanego (np. OPA548 w obudowie TO-220) charakteryzuje się podobnymi wymaganiami co do odsłoniętego elementu metalowego.

    Dlaczego ważny jest potencjał PowerPada we wzmacniaczach mocy?


    Jeśli odsłonięty pad termiczny nie jest na odpowiednim potencjalnie, co jest dosyć częstym problemem, wzmacniacz może funkcjonować w zupełnie innym środowisku DC niż spodziewano. Może to doprowadzić do jego niepoprawnego działania, nadmiernego grzania się lub nawet do uszkodzenia elementu. Inne elementy mogą nie wykazywać tak drastycznych anomalii, jednakże ich parametry elektryczne - AC jak i DC - mogą być zupełnie inne niż w dokumentacji. Dlaczego tak jest?

    Analogowe układy scalone złożone są z systemu różnych tranzystorów, oporników i kondensatorów wewnątrz swojej struktury. Każdy element tej struktury musi współegzystować z innymi i zazwyczaj jest od nich odizolowany elektrycznie. Realizuje się to najczęściej, izolując poszczególne urządzenia półprzewodnikowe złączami, zamiast klasycznym dielektrykiem. Implementacja tego w strukturze zależy już od detali procesu wytwarzania struktury krzemowej. Na poniższych ilustracjach widać przykłady realizacji takich elementów.

    Na poniższej ilustracji po lewej stronie widać dwa tranzystory NPN będące obok siebie w strukturze układu scalonego. Ich kolektory, bazy i emitery są dokładnie zaznaczone. Region półprzewodnika domieszkowanego do typu P znajduje się pomiędzy dwoma kolektorami. Kolektor typu N wraz z otaczającym go regionem typu P tworzą diodę. Półprzewodnik typu P znajdujący się wokół tranzystorów podłączony jest - cieplnie i elektrycznie - metalowego PowerPada™ lub blaszki elementu w obudowie TO-220.

    Dlaczego ważny jest potencjał PowerPada we wzmacniaczach mocy?


    Jeśli anody wytworzonych w strukturze diod pasożytniczych spolaryzowane są najbardziej ujemnym napięciem w systemie, a wszystkie tranzystory znajdują się na potencjale bardziej dodatnim niż PowerPad™, diody te spolaryzowane są zaporowo i wszystko jest od siebie odizolowane gdyż polaryzacja zaporowa diod uniemożliwia płynięcie prądu.

    Inną strukturą, przy której substrat elementu musi być spolaryzowany ujemnym potencjałem jest pionowy tranzystor PNP, jaki pokazano po prawej stronie ilustracji powyżej. Kolektor tranzystora zrobiony jest z półprzewodnika typu P. Taka struktura tranzystora jest często wykorzystywana jako wtórnik emiterowy w komplementarnej parze tranzystorów NPN-PNP w stopniu wyjściowym mocy układu.

    Analogowe układy scalone wysokiej jakości czasami korzystają także z izolacji wykonanej z dielektryka, przy której elementy aktywne układu znajdują się wewnątrz nieprzewodzącego rejonu. Poniższa ilustracja obrazuje tak zrealizowaną parę tranzystorów NPN. W takiej strukturze pomiędzy tranzystorami i podłożem znajduje się cienka warstwa krzemionki (SiO2, dwutlenek krzemu). Taką metodę izolacji wykorzystuje się zarówno w układach bipolarnych, jak i polowych.

    Dlaczego ważny jest potencjał PowerPada we wzmacniaczach mocy?


    Jako że te tranzystory oddzielone są od siebie galwanicznie, można w tej sytuacji zakwestionować konieczność podłączania substratu typu P do napięcia V-. Elektrycznie, istotnie nie ma tutaj ryzyka zwarcia ze sobą dwóch potencjałów, jednakże wszystko sprowadza się do charakterystyk stało- i zmiennoprądowych tranzystora, które podawane są dla polaryzacji podłoża napięciem V-. Pamiętać należy, iż w takim układzie powstaje pasożytnicza pojemność pomiędzy tranzystorami a podłożem, tak jak pokazano na powyższej ilustracji. Parametry układu podaje się z jej uwzględnieniem. Zmiana potencjału polaryzującego odsłonięty PowerPad™ takiego układu może pociągnąć za sobą zmianę pasma układu, odpowiedzi impulsowej czy charakterystyki zniekształceń.

    Jeśli karta katalogowa układu mówi nam, iż PowerPad™ podłączony jest wewnętrznie z zasilaniem V-, podłączmy go do zasilania V-. Zapewnia to, iż na padzie i pinie zasilania potencjał będzie ten sam. Jeśli karta katalogowa mówi, iż odsłonięty pad termiczny powinien zostać przylutowany do stosownej wylewki, koniecznie trzeba tak zrobić. Zapewnia to nie tylko dobre połączenie termiczne i elektryczne, ale także nadaje strukturalnej wytrzymałości całej konstrukcji.

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archi...ect-voltage-matters-for-op-amp-powerpads.aspx


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.