ZHCABX1B april 2017 – june 2023 AMC1100 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302 , AMC1302-Q1 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC1411 , AMC1411-Q1 , AMC3301 , AMC3301-Q1 , AMC3302 , AMC3302-Q1 , AMC3330 , AMC3330-Q1 , ISO224 , TLV170 , TLV6001
引言
無論您是檢測工業三相伺服電機系統、電動汽車電池管理系統還是光伏逆變器中的電流，通常都需要包含某種安全隔離方案。安全相關標準定義了與特定設計相關的終端設備特定隔離要求。確定所需安全絕緣級別（基本、補充或增強）需要考慮各種因素，具體取決于設備類型、所涉及的電壓電平以及設備的安裝環境。
德州儀器 (TI) 提供了各種隔離式電流分流放大器，這些放大器用于上述電壓和電流分流檢測應用，可滿足基本或增強型絕緣要求。對于需要增強型絕緣的應用，一款此類器件是 AMC1301。AMC1301 輸出是圍繞 1.44V 共模電壓變化的全差分信號，可以直接饋送到獨立模數轉換器 (ADC)（如圖 1 所示），或者饋送到 MSP430 和 C2000 微控制器系列中的板載 ADC。
圖 1 AMC1301 功能方框圖嵌入式 ADC
MSP430 和 C2000 系列處理器都具有嵌入式單端輸入 ADC，因此問題變為：如何將這個差分信號送入單端數據轉換器？
為達到這一目標，較簡單的方法是僅使用 AMC1301 的一個輸出，將第二個輸出懸空。該設計的缺點是數據轉換器只能使用一半的輸出電壓擺幅，從而降低了測量的動態范圍。AMC1301 的模擬輸入范圍是 ±250mV。在 8.2 的固定增益下，VOUTN 和 VOUTP 電壓為 ±1.025V，圍繞 1.44V 共模輸出電壓變化，如圖 2 所示。差分輸出電壓為 ±2.05V。
圖 2 差分輸出電壓通過添加差分轉單端放大器輸出級（如圖 3 所示），可以將 AMC1301 的整個輸出范圍提供給 ADC。
圖 3 差分轉單端輸出假設在 VIN 處施加一個 ±250mV 的滿量程正弦波；AMC1301 的內部增益將在 VOUTP 和 VOUTN 點提供 2.05Vpk-pk 輸出，這兩個點的相位差為 180°。這些信號之間的差值 VODIF 為 4.1Vpk-pk。當 R1 = R4 且 R2 = R3 時，輸出級的傳遞函數如方程式 1 所示。
在方程式 1 中為 R1 至 R4 使用等值電阻并將 VCM 設置為 2.5V，則方程式 2 簡化為：
圖 4 顯示了 AMC1301 的輸入電壓和輸出電壓，以及最終差分轉單端輸出級的輸出電壓。請注意，±2.05V 的差分電壓轉置為 0.5V 至 4.5V 的單端信號。
圖 4 單端輸出電壓根據 ADC 的輸入電壓范圍，可以將增益或衰減納入差分轉單端級，以調整輸出擺幅。通過調節輸出共模電壓可以同時滿足 ADC 的輸入需求。
設計示例
MSP430 器件上的 ADC12 在使用內部電壓基準時的輸入電壓范圍為 0V 至 2.5V。使用 AMC1301 的 VOUTP 可以為 ADC12 提供 0.415V 至 2.465V 的輸入信號，該信號完全處于轉換器的輸入范圍內，同時僅使用 AMC1301 的一半輸入范圍。如圖 5 所示，通過使用增益為 0.5 且共模電壓為 1.25V 的差分轉單端放大器配置，AMC1301 的整個電壓范圍均可應用于 ADC12。
圖 5 經縮放的差分轉單端輸出備選器件建議
AMC1100 或 AMC1200 以較低的價格提供與 AMC1301 性能類似的基本隔離。對于需要雙極輸出的應用，TLV170 可提供此選項。
| 器件 | 優化參數 | 性能權衡 |
|---|---|---|
| AMC1100 | 高達 4250 VPEAK 的電隔離 | 瞬態抗擾度更低 |
| AMC1200 | 高達 4250 VPEAK 的電隔離 | 基本隔離與增強型隔離 |
| TLV170 | 雙極運算達 ±18V | 輸入偏置電流更高 |
結語
雖然可以使用 AMC1301 的單個輸出來驅動單端 ADC，但在輸出端添加差分轉單端運算放大器級可確保目標應用具有盡可能最大的動態范圍。