ZHCT883 December 2024 AMC1411
在電機驅動、光伏逆變、軌道交通領域里有大量隔離電壓采集需求，隔離運放、隔離ADC等器件被廣泛應用于隔離電壓采集信號鏈的最前端，AMC1411是TI新推出的一款精密單端輸入隔離放大器，其具有±0.05%(typ)的增益誤差、0.1mV(typ)失調誤差，高達1GΩ的輸入阻抗和0~2V的寬輸入電壓范圍，該器件非常適合應用于精密隔離電壓采集。內部輸出與輸入電路由抗電磁干擾性能極強的電容隔離層隔開。該隔離層經認證可提供高達 7.5kVRMS 的增強型電隔離，符合VDE V 0884-11 和 UL1577 標準，并且可支持最高 1600VRMS 的工作電壓，圖1所示為AMC1411內部框圖。
圖 1 AMC1411內部框圖在AMC1411的設計考慮中，一個很重要的參數為線性輸入電壓范圍，如圖2所示，AMC1411線性模擬輸入范圍為-0.1V~2V，在該范圍內輸出電壓和輸入電壓的增益保持為1V/V，輸入信號超出該范圍則器件不工作在線性區，如果高于2.516V時則輸出發生斬波。
圖 2 AMC1411線性輸入范圍在實際應用中會有需要隔離測量正負電壓的需求，此時AMC1411正2V的線性輸入范圍成了局限，需要設計特定的電路來使得AMC1411適用于測量正負輸入電壓的應用場景。如圖3所示為一個±3200V的隔離采樣應用，分壓電阻R1~Rx總值為3.2MΩ，使得流過976Ω采樣電阻Rs的電流最大值為1mA，因此±3200V被縮小為Rs上的±0.976V，在此使用一顆能輸出1.024V基準電壓的基準源芯片LM4140為負輸入電壓提供偏置。最后±3200V的待測信號通過分壓電阻網絡衰減、以及基準電壓的移位后轉換為0.048V~2V給到AMC1411模擬輸入端，AMC1411輸出信號為疊加在1.44V共模電壓上的0.048~2V差分電壓。
圖 3 AMC1411應用于±3200V隔離采樣以上過程已經實現了將AMC1411用于負壓信號采集，但此時輸出信號為差分信號，為方便后續信號調理，需要加一級運放將差分信號轉為單端信號，圖4為AMC1411數據手冊推薦的差分轉單端電路。
圖 4 差分轉單端電路輸入信號為±3200V的對稱雙極性信號，工業現場中電流信號傳輸相比電壓信號更不易受干擾，一些應用要求將雙極性電壓信號轉換為雙極性電流信號，在此介紹一種實現電路，原理框圖如圖5所示，儀表放大器INA826增益配置為1，輸入為反相輸入方式，選擇同樣的LM4140生成1.024V基準作為INA826的參考，INA826將0.048V~2V的差分信號轉換為0.976V~-0.976V的單端信號，該單端信號送入到由OPA551搭建而成的HOWLAND恒流源完成壓流轉換，增益系數為12.2V/A，至此整個電路完成了±3200V至±80mA的測量轉換。
圖 5 ±3200V轉±80mA雙極性壓流轉換電路在TINA中搭建圖6中的電路模型進行仿真，仿真結果表明該電路符合設計預期。
圖 6 TINA電路模型與仿真結果參考文獻
- AMC1411 datasheet
- INA826 datasheet
- OPA551 datasheet
- 《TI電路設計指導手冊：運算放大器》
- 《AN-31 放大器電路集合》 ZHCAAB7D