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工業和汽車應用（例如車載充電器、串式逆變器和電機驅動器）需要某種類型的隔離式電流測量以驅動電流控制環路的反饋算法，同時保護數字電路免受執行某種功能的高壓電路的影響。

高性能隔離式放大器是用于跨隔離柵傳輸電流測量數據的出色器件。但是，選擇正確的隔離式放大器并非易事。選擇隔離式放大器時，有許多決定因素需要考慮，例如隔離規格、如何為高側供電以及選擇輸入電壓范圍。本文將詳細說明這些決定因素，以幫助您選擇更適合特定系統的隔離式放大器。

選擇用于隔離式電流測量的器件時，第一步便是確定所需的隔離級別。有兩個隔離級別：基本隔離和增強型隔離。系統架構和終端設備標準（例如有關電機驅動器的國際電工委員會 (IEC) 61800 和有關醫療設備的 IEC 60601）將規定所需的隔離級別。

用于量化隔離柵性能的主要規格如下：

• 隔離工作電壓是指在均方根電壓中定義并且隔離式放大器在整個運行壽命期間可持續承受的最大電壓。
• 共模瞬態抗擾度描述了隔離式放大器可承受（無錯誤）的接地電位差的最大變化率。
• 隔離瞬態過壓是指在峰峰值電壓中定義并且隔離式放大器可耐受 60s 的電壓。
• 符合 IEC 60065 的電涌額定值（脈沖電壓額定值）是指隔離式放大器可無故障耐受的 1.2μs/50μs 電壓幅度。

一些終端設備制造商的產品通過了第三方認證，目的是驗證這些產品是否符合隔離規格。隔離式放大器本身并未按照這些規格衡量，因為它們是終端設備的內部元件，終端設備標準僅間接適用于它們。實際上，這些元件根據德國標準化協會 (DIN) 德國電氣工程師協會 (VDE) V 0884-11 和美國保險商實驗室 (UL) 1577 等器件級認證來衡量。如 IEC 標準中所述，符合元件級標準且具有同等要求的器件無需接受單獨評估。這也適用于國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 輻射發射電磁干擾 (EMI) 標準。有關德州儀器 (TI) 隔離式放大器的輻射發射性能，請參閱 [1]。

為了獲得出色性能，建議使用器件特定數據表中所示的布局和應用實踐；[2] 列出了 TI 隔離式放大器器件級認證。

選擇隔離式放大器時，下一步則是確定如何在隔離柵的高側為隔離式放大器供電。

設計此部分電路時，請注意，高側電源電壓必須隨所測電流的共模輸入電壓而浮動。這意味著對于多相電流測量，每個相位都需要一個帶有獨立高側電源的隔離式放大器。高側電源電路設計錯誤會導致超出絕對最大模擬輸入電壓額定值，從而造成器件永久損壞。

有三個可為隔離式放大器的高側供電的主要設計方案。

第一個設計方案是設計一個分立的隔離式變壓器電路，以便從低側向隔離式放大器的高側提供電壓。這種方法將需要選擇一個隔離式變壓器、一個變壓器驅動器（例如 TI 的 SN6501）和一個低壓差穩壓器（例如 TI 的 TLV704）。盡管易于設計，但是此方案需要較大的電路板面積和若干器件。圖 1 展示了 AMC1300 評估模塊 (EVM) 頂部的實現示例。

第二個設計方案（如圖 2 所示）是使用浮動高側柵極驅動器電源（通常為 15V）和并聯穩壓器（例如齊納二極管）將電壓下調至 5V。該設計方案的示例請見器件數據表，例如 AMC1300B-Q1 增強型隔離式放大器。盡管此設計方案經濟高效，但是布局限制以及柵極驅動器電源接地基準與放大器接地基準之間的寄生阻抗會導致共模輸入電壓越限和瞬態誤差。

第三個設計方案（如圖 3 所示）最為簡單，使用具有集成直流/直流轉換器的器件。具有集成直流/直流轉換器的隔離式放大器（例如 TI 的 AMC3302）大幅減小了解決方案的尺寸，降低了復雜度和系統成本，可提供出色的轉換效率，并允許靈活放置分流電阻器。[4]

選擇隔離式放大器時，最后一個步驟就是選擇器件的輸入電壓范圍。為電流檢測而進行了優化的大多數隔離式放大器都可以選擇 ±50mV 或 ±250mV 線性輸入電壓范圍。確定哪個輸入電壓范圍適合此應用，這取決于所測電流的幅度和分流電阻器的大小。通常，具有高電流幅度的系統要求輸入范圍較小（例如 ±50mV）的隔離式放大器。具有相對較低電流幅度的系統會受益于稍大的輸入電壓范圍 (±250mV)，這樣便可實現更高的信噪比

選擇輸入電壓范圍時，需要考慮兩個公式：歐姆定律（請參閱方程式 1）以及在電阻器中耗散的功率（請參閱方程式 2）：

這兩個公式決定了在更大限度增大隔離式放大器的滿量程輸入范圍與分流電阻器中的功耗值之間如何權衡。如電流和電阻值已提供，則可根據方程式 1 計算出分流電阻器兩端的壓降。嘗試使該電壓范圍盡可能接近隔離式放大器的滿量程輸入電壓范圍，因為兩個值之間的不匹配都會導致分辨率的直接損失。

方程式 2 可量化分流電阻器中的功率耗散。這很重要，因為一旦通過電阻器消耗的功率達到額定功率耗散的一半，分流電阻器就會開始因為自發熱而產生溫漂（根據電阻器的溫漂規格），從而導致增益誤差。為了避免因自發熱引起的過多分流溫漂，通常情況下，最好將分流電阻器的標稱功率耗散限制為等于或小于額定功率耗散的八分之一。

例如，如果對電流的要求是標稱電流為 18A 而最大電流為 52A，已知線性輸入電壓范圍有兩個選項（±50mV 和 ±250mV），并且還已知曉最大電流，則可計算出理想的分流電阻值以滿足這兩種選擇情況下的滿量程輸入范圍：

找出最接近的標準分流電阻器值：

將這些值代入方程式 1，計算出分流電阻器兩端產生的滿量程壓降：

請注意，從理想計算值到最接近標準值的電阻值略有增加，這會導致滿量程輸入電壓范圍大于隔離式放大器的線性滿量程輸入范圍。這說明對于滿量程電流幅度而言，所產生的電壓幅度將不再處于隔離式放大器輸入的線性范圍內。隔離式放大器在開始削波之前，通常具有超出線性輸入電壓范圍的額外輸入電壓范圍。在此范圍內（對于 ±250mV 器件，通常高達 ±280mV；對于 ±50mV 器件，通常高達 ±56mV），數據表中未規定隔離式放大器的精度；但是，隔離式放大器將繼續以類似于線性范圍的精度輸出電壓。在某些應用中，如果與標稱測量值相比，最大電流幅度的精度要求相對寬松，那么這是可接受的。

接下來，使用標準電阻值和標稱電流幅度來計算分流電阻器中的功耗，這里假設分流電阻器中的功耗額定值為 3W。

在 ±50mV 計算中，標稱功率耗散小于額定功率耗散的八分之一。在測量標稱電流時，該分流電阻器不應因自發熱而出現明顯溫漂。±250mV 計算中得出的功率耗散超過額定功率耗散的一半，這說明在測量標稱電流范圍時會出現明顯的溫漂。

可采取額外的措施來減少分流電阻器中散發的熱量，例如形成較大的印刷電路板平面，或者使用散熱器或風扇。在電流很大的應用中，可使用運算放大器來獲取輸入信號，從而更大限度地增大輸入范圍，以便與隔離式放大器的滿量程輸入范圍相匹配（參考5 中使用的方法）。

在測量高標稱電流幅度的大多數應用中，一個好方法是選擇具有較小輸入電壓范圍 (±50mV) 的隔離式放大器（例如 TI 的 AMC1302 或 AMC3302）。

最后一步是確認最大電流幅度下的功率耗散未超過分流電阻器的額定功率耗散，因為超過額定功率耗散會使分流電阻器永久損壞。

要查看與示例相似的測量結果，請參閱6。