ZHCU868 设计指南 | 德州仪器 TI.com.cn

ZHCU868 August 2022

2.3.3.1 纯阻性输出负载的驱动器放大器的直流内部功率耗散

放大器的内部功耗由两部分组成：使内部运算放大器电路偏置的静态功耗（与负载无关）以及运算放大器具有负载时输出晶体管中的功耗。对于 THS3491 等高输出功率放大器，大部分功率耗散以及温升发生在器件的输出晶体管中。

Equation5 中所示的静态功耗 (P_Q) 是放大器输出开路或没有电流流入或流出放大器输出时的内部放大器功耗。

Equation5.

P_{Q} (W) = (V c c - V e e) \times I_{Q}

其中：

Vcc = 正电源端子的电位
Vee = 负电源端子的电位
I_Q = 从器件电源汲取的总静态电流

从图 2-5 可以明显看出，尽管驱动器放大器 (U1) 的 Vcc 和 Vee 是可变的，但电源轨上的电位 (Vcc – Vee) 是恒定的，等于放大器 U2 和 U3 的电源电位。考虑到 (Vcc – Vee) = Vs+ = Vs– = Vs，Equation5 可以写为Equation6。

Equation6.

P_{Q} (W) = V_{S} I_{Q}

THS3491 有一个如图 2-8 所示的 AB 类输出级，其中只有一个输出晶体管导通以实现高或低输出电压，具体取决于拉电流或灌电流。对于以接地为基准的负载，放大器为正输出电压拉取电流，为负输出电压灌入电流。Equation7 显示了当放大器拉取电流时对于以接地为基准的负载 (R_L) 输出晶体管 (P_OUT(DC)) 中耗散的直流功率。该功率的值为拉电流 (NPN) 输出晶体管上的压降 (V_cc – V_OUT) 乘以输出电流驱动 (I_OUT)。

Equation7.

P_{S o u r c e (D C)} (W) = (V c c - V_{O U T}) \times I_{O U T} = (V c c - V_{O U T}) \frac{V_{O U T}}{R_{L}}

其中：

V_OUT = 放大器的输出电压
I_OUT = 放大器的输出电流驱动
R_L = 放大器输出端的总阻性负载。在图 2-1 中，R_L 等于串联输出电阻器 (R_S) 和负载电阻器 (R_LOAD) 的组合。

Equation8 显示了当放大器为以接地为基准的负载灌入电流时输出晶体管中的直流功率耗散。这与Equation7 类似，只是考虑了灌电流 (PNP) 输出晶体管上的压降。

Equation8.

P_{S i n k (D C)} (W) = (V e e - V_{O U T}) \times I_{O U T} = (V e e - V_{O U T}) \frac{V_{O U T}}{R_{L}}

图 2-8 THS3491 AB 类输出结构

将Equation6 与Equation7 和Equation8 进行组合可产生Equation9 和Equation10，即单个放大器分别在拉取电流和灌入电流时的总内部直流功率耗散。

Equation9.

P_{A m p S o u r c e (D C)} (W) = V_{S} I_{Q} + (V c c - V_{O U T}) \frac{V_{O U T}}{R_{L}}

Equation10.

P_{A m p S i n k (D C)} (W) = V_{S} I_{Q} + (V e e - V_{O U T}) \frac{V_{O U T}}{R_{L}}

图 2-9 驱动器放大器的内部直流功率耗散