MSA240 PWM放大器：高性能低成本的工业解决方案

在工业应用中，寻找一款性价比高且性能出色的PWM放大器并非易事。今天就来给大家详细介绍一款这样的产品——MSA240 PWM放大器，它在众多工业场景中展现出了卓越的性能。

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产品特性与应用

特性优势

MSA240具有诸多令人瞩目的特性。它成本低廉，却能提供高达100V的高电压和20A的高输出电流，输出能力达到2kW。而且，其开关频率可变，最高可达50kHz，为不同的应用场景提供了灵活的选择。

应用场景

该放大器的应用范围广泛，涵盖了刷式电机控制、MRI（磁共振成像）、磁轴承以及D类开关模式放大器等领域。在这些应用中，MSA240都能发挥出其独特的优势。

产品描述

MSA240是一款采用表面贴装技术的PWM放大器，为许多工业应用提供了经济有效的解决方案。它的性能十分出色，可与许多更昂贵的混合组件相媲美。

这款放大器包含了振荡器、比较器、误差放大器、电流限制比较器、5V参考、智能控制器和全桥输出电路等完整的PWM放大器组件。其开关频率可由用户编程设置，最高可达50kHz。此外，MSA240采用了导热但电绝缘的基板，可安装在散热片上，有利于散热。

绝对最大额定值

在使用MSA240时，需要了解其绝对最大额定值，以确保安全可靠的运行。以下是一些关键的额定值：

• 电源电压VS：100V
• 电源电压VCC：16V
• 输出电流峰值：30A（在安全工作区SOA内）
• 内部功率耗散（DC）：250W
• 信号输入电压：5.4V
• 引脚焊接温度（10s）：225°C
• 结温：175°C
• 存储温度范围： - 40°C至105°C
• 外壳工作温度： - 40°C至85°C

规格参数

MSA240的各项规格参数也非常重要，以下是一些关键参数：

• 误差放大器：偏移电压典型值为9mV，偏置电流典型值为500nA，偏移电流为150nA，共模电压范围为0 - 4V，压摆率为1V/µS，开环增益为96dB，单位增益带宽为1MHz。
• 时钟：低电平输出电压为0.2V，高电平输出电压为4.8V，上升时间和下降时间均为7nS，引脚22的偏置电流为0.6µA。
• 5V参考输出电压：范围为4.85 - 5.15V，负载电流为2mA。
• 输出MOSFET：总电阻在(I = 20A)、(T = 85°C)时为155mΩ，连续导通电流为20A，峰值电流为30A，体二极管连续电流为20A，正向电压为1.3V，反向恢复时间为250nS。
• 电源：VS电压范围为3 - 60V，VCC电压范围为15 - 16V，VS静态电流在22kHz开关频率下为4 - 28mA，VCC静态电流在22kHz开关频率下为18mA，VCC关断电流为10mA。
• 热阻：结到外壳的热阻为1.2°C/W，结到空气的热阻为14°C/W。

外部连接与典型应用

外部连接

在进行外部连接时，需要注意一些要点。C1、3应使用高质量陶瓷电容，电容值≥1.0µF。所有 +Vs 引脚必须连接在一起，所有信号地（SIG GND）引脚也必须连接在一起，并在引脚26处实现单点接地。

典型应用

只需添加一些外部组件，MSA240就可以成为一个电机转矩控制器。在MSA240中，每个低侧MOSFET驱动器的源极通过(R{S} A)和(R{S} B)引出用于电流传感。A1是一个差分放大器，用于放大两个半桥电流的差值。这个信号被输入到内部误差放大器，将电流信号和控制信号混合，最终产生一个控制电机转矩的输入信号。

关键模块与操作要点

振荡器

MSA240包含一个用户可编程频率的振荡器，它决定了放大器的开关频率，放大器的开关频率是振荡器频率的一半。要正确设置放大器的开关频率，需要选择两个电阻值。一个电阻(R{OSC})用于设置振荡器频率，另一个电阻(R{RAMP})用于设置内部斜坡幅度。斜坡电压将在1.5V和3.5V之间振荡。

编程振荡器时，(R{OSC})的计算公式为： [R{OSC}=left(1.32 × 10^{8} / Fright)-2680] 其中F是所需的开关频率，且(R{RAMP }=2 × R{OSc })。建议使用1%精度、100ppm漂移的电阻（如RN55C型电阻），最大开关频率为50kHz。例如，若所需开关频率为22kHz，则(R{OSC}=3.32 ~K)，(R{RAMP }=6.64 ~K)，可选择最接近的标准1%值，即(R{OSC}=3.32 ~K)，(R{RAMP }=6.65 ~K)。

关机操作

可以通过向引脚10施加关机命令电压来关闭MSA240的输出级。关机信号与电流限制信号进行或运算，并会覆盖电流限制信号。只要关机信号保持高电平，输出就会关闭。

电流传感

MSA240的低侧驱动晶体管引出用于感测每个半桥中的电流。从每个感测线到电源地（引脚58）连接一个电阻，以产生电流感测电压。选择R和C，使时间常数等于所选开关频率的10个周期。内部电流限制比较器在200mV时触发，因此每个半桥的电流限制发生在(I=0.2 / R_{SENSE })处。

电源旁路

为了防止局部寄生振荡和过冲，必须在电源端子(+V{S})附近连接旁路电容。所有(+V{S})引脚必须连接在一起，在每组引脚的中点放置一个至少10µF的电解电容，同时在每组引脚处直接放置一个1µF或更大的陶瓷电容用于高频旁路。(V_{CC})内部已进行旁路。

接地与PCB布局

开关放大器将毫伏级的模拟信号与大振幅的开关电压和快速上升时间的电流相结合，因此接地至关重要。应在信号地（引脚26）处使用单点接地，将信号地引脚2和18直接连接到引脚26的单点接地，将数字返回引脚23也直接连接到引脚26，将电源地引脚58和交流背板引脚28同样连接到引脚26的单点接地，同时将(v_{CC})电源的接地端直接连接到引脚26。要确保负载返回电源地的电流不会在模拟信号地中流动，避免PCB布局的电源部分跨越另一侧的低电平模拟信号走线，防止通过PCB的电容耦合将开关电压注入模拟信号路径。此外，要确保PCB布局的电源侧与模拟信号侧保持一定距离，防止快速上升的输出信号通过同一侧的走线间电容耦合。

确定输出状态

输入信号施加到 +IN（引脚13），电压范围从1.5V到3.5V，对应从0到满量程。当 +IN 从1.5V变化到2.5V时，A输出相对于地的“高”占空比大于B输出的“高”占空比；当输入信号从2.5V变化到3.5V时，情况相反。当(+IN = 2.5)V时，A和B输出的占空比均为50%。因此，当输入电压为1.5V时，A输出接近100%占空比，B输出接近0%占空比；当输入电压为3.5V时，情况相反。输出占空比的极值会随开关频率有所变化，在10kHz时内部限制在约5% - 95%，在50kHz时限制在约7% - 93%。

技术支持与注意事项

如果在使用MSA240过程中需要技术帮助，可以通过以下方式联系Apex支持：在北美地区可拨打免费电话800 - 546 - 2739；也可通过电子邮件联系[e-mail]。国际客户可以联系当地的Apex Microtechnology销售代表获取支持。

需要注意的是，Apex Microtechnology虽尽力确保文档内容的准确性，但信息可能会随时更改且不另行通知，产品按“原样”提供，不提供任何形式（明示或暗示）的保证。此外，Apex Microtechnology的产品不适合用于生命支持、汽车安全、安全设备或其他关键应用，此类应用的风险由客户自行承担。

总的来说，MSA240 PWM放大器以其出色的性能和丰富的功能，为工业应用提供了一个优秀的解决方案。大家在实际应用中，是否也遇到过类似的放大器，它们的表现又如何呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。