LM1875:20W音频功率放大器

特征

•输出功率高达30瓦

•AVO通常为90 dB

•低失真：0.015%，1 kHz，20 W

•宽功率带宽：70 kHz

•交流和直流对地短路保护

•带Parole电路的热保护

•大电流能力：4A

•16V-60V宽电源范围

•内部输出保护二极管

•94 dB纹波抑制

•塑料电源包TO-220

应用

•高性能音响系统

•桥式放大器

•立体声留声机

•伺服放大器

•仪表系统

描述

LM1875是一款单片功率放大器，为消费者音频应用提供极低失真和高质量的性能。

LM1875在±25V电源上向4Ω或8Ω负载提供20瓦。使用8Ω负载和±30V电源，可以提供超过30瓦的功率。放大器设计为使用最少的外部组件。设备过载保护包括内部电流限制和热停机。

LM1875设计利用先进的电路技术和处理，即使在高输出功率水平下也能实现极低的失真水平。其他突出特征包括高增益、快速转换速率和宽功率带宽、大输出电压摆动、高电流能力和非常宽的电源范围。放大器经过内部补偿，增益稳定在10或更高。

连接图

图1:NDH0005D、KC0005A、NEB0005E、NEB0001B，前视图

应用程序提示

稳定性

LM1875设计为在闭环增益为10或更大时稳定，但与任何其他大电流放大器一样，LM1875可以在某些条件下振荡。这些通常涉及印刷电路板布局或输出/输入耦合。

印刷电路板的正确布局非常重要。虽然LM1875安装在船上时会很稳定，类似于本数据表所示，但有时需要稍微修改布局以适应特定应用的物理要求。在设计不同的布局时，重要的是通过单独的路径将负载接地、输出补偿接地和低电平（反馈和输入）接地连接到电路板接地点。否则，沿接地导体流动的大电流将在导体上产生电压，这些电压可以有效地作为输入端的信号，导致高频振荡或过度失真。建议将输出补偿元件和0.1μF电源去耦电容器尽可能靠近LM1875，以减少PCB跟踪电阻和电感的影响。出于同样的原因，这些组件的接地回路应尽可能短。

偶尔，输出引线（用作天线）中的电流会通过空气耦合到放大器输入端，导致高频振荡。当电源阻抗较高或输入引线较长时，通常会发生这种情况。通过在电路输入端放置一个小电容器（大约50pF到500pF）可以消除这个问题。

大多数功率放大器不能很好地驱动高电容性负载，LM1875也不例外。如果LM1875的输出直接连接到没有串联电阻的电容器上，如果电容大于约0.1μF，方波响应将表现出振铃。放大器通常可以在不振荡的情况下驱动高达2μF左右的负载电容，但不建议这样做。如果预期有高电容性负载，则应将电阻器（至少1Ω）与LM1875的输出串联。保护放大器免受高频低阻抗影响的一种常用方法是通过与5μH电感器并联的10Ω电阻器连接到负载。

扭曲

上述关于电路板接地技术的建议也有助于防止音频应用中的过度失真。对于低THD，还需要将电源迹线和电线与连接到LM1875输入端的迹线和电线分开。这可以防止大而非线性的电源电流电感耦合到LM1875输入。电源线应拧在一起并与电路板分开。当这些线焊接到板上时，它们应该垂直于板的平面，至少有几英寸的距离。采用适当的物理布局，在8Ω负载下输出10W的20 kHz时，THD水平应小于0.05%，在1 kHz时应小于0.02%。

电流限制和安全操作区（SOA）保护

功率放大器的输出晶体管可能会因施加过大的电压、电流或功耗而损坏。施加到放大器的电压受到外部电源设计的限制，而输出设备通过的最大电流通常受到内部电路的限制，达到某个固定值。在单片音频功率放大器中，短期功耗通常不受限制，当驱动无功负载时，这可能是一个问题，当输出晶体管上出现高电压时，无功负载可能会消耗大电流。LM1875不仅将电流限制在4A左右，而且当输出晶体管两端有高电压时，还会降低限制电流的值。

当驱动带有内置保护继电器的电机或扬声器等非线性无功负载时，放大器输出可能会连接到端子电压可能试图超过施加到放大器的电源电压的负载。这可能会导致输出晶体管的退化或整个电路的灾难性故障。这种故障机制的标准保护是连接在放大器输出端和电源轨之间的一对二极管。这些是LM1875内部电路的一部分，在驱动标准无功负载时不需要从外部添加。

热保护

LM1875具有复杂的热保护方案，可防止设备受到长期热应力。当模具上的温度达到170°C时，LM1875关闭。当温度降至约145°C时，它再次开始运行，但如果温度再次开始上升，仅在150°C时就会停机。因此，如果故障状况是暂时的，则允许设备加热到相对较高的温度，但持续的故障会将最高模具温度限制在较低的值。这大大降低了热循环对IC施加的应力，从而提高了其在持续故障条件下的可靠性。

由于管芯温度直接取决于散热器，因此应选择热阻足够低的散热器，以便在正常运行期间不会达到热关断。在系统的成本和空间限制内使用最好的散热器将提高任何功率半导体器件的长期可靠性。

功耗和散热

LM1875必须始终使用散热器运行，即使不需要驱动负载。这个

该设备的最大空载电流为100mA，因此在60V电源上，无负载的LM1875必须消耗6W的功率。to-220封装的54°C/W结到环境热阻会导致管芯温度比环境温度高324°C，因此如果不尝试使用散热器，热保护电路将关闭放大器。

为了确定给定应用的合适散热器，必须知道LM1875在该应用中的功耗。当负载为电阻性负载时，IC需要耗散的最大平均功率约为：

其中：

•VS是LM1875两端的总电源电压；

•RL是负载电阻

•PQ是放大器的静态功耗。

上述方程只是一个近似值，它假设了一个“理想”的B类输出级和电路所有其他部分的恒定功耗。“功耗与功率输出”曲线更好地表示了LM1875在各种电源电压和电阻负载下的行为。例如，如果LM1875在具有8Ω电阻负载的50V电源上运行，它可以产生高达19Wof的内部功耗。如果芯片温度在环境温度高达70°C的情况下保持在150°C以下，则结对环境的总热阻必须小于：

使用θJC=2°C/W，壳体到散热器界面热阻和散热器到环境热阻之和必须小于2.2°C/W。to-220封装的壳体到散热器热阻因使用的安装方法而异。如果润滑，金属与金属界面的温度约为1°C/W，如果干燥，温度约为1.2°C/W。

如果使用云母绝缘体，润滑时的热阻约为1.6°C/W，干燥时的热阻为3.4°C/W。对于这个例子，我们假设LM1875和散热器之间有一个润滑的云母绝缘体。散热器热阻必须小于：4.2°C/W−2°C/W-1.6°C/W=0.6°C/W。

这是一个相当大的散热器，在某些应用中可能不切实际。如果由于尺寸或成本的原因需要较小的散热器，有两种选择。[EM00001]最高环境工作温度可以降低到50°C（122°F），从而形成1.6°C/W的散热器，或者散热器可以与机箱隔离，因此不需要云母垫圈。如果壳体与散热器的接口得到润滑，这将使所需的散热器变为1.2°C/W的单位。

注：使用单电源时，通过将设备直接安装到散热器上（接头处于地电位），可以实现LM1875的最大热量转移；这避免了使用云母或其他类型的绝缘体。

当放大器驱动无功负载时，热要求可能会变得更加困难。对于给定的负载阻抗，更高的电抗将导致放大器内更高的功耗。一般来说，驱动60°无功负载（通常被认为是最坏情况下的扬声器负载）的放大器的功耗大致相当于驱动该负载电阻部分的同一放大器的功耗。例如，扬声器在某些频率下的阻抗可能为8Ω，相位角为60°。该负载的实部将为4Ω，放大器功耗将大致遵循4Ω负载的功耗曲线。