ZHCY211 December 2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1
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- 引言
- 隔離式信號鏈簡介
- 選擇樹
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電流檢測
- 隔離式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的分流電阻選型
- 隔離式電流檢測的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
- 具有 ±50mV 輸入和單端輸出的隔離式電流檢測電路
- 具有 ±50mV 輸入和差分輸出的隔離式電流檢測電路
- 具有 ±250mV 輸入范圍和單端輸出電壓的隔離式電流檢測電路
- 具有 ±250mV 輸入和差分輸出的隔離式電流測量電路
- 隔離式過流保護(hù)電路
- 將差分輸出（隔離式）放大器連接到單端輸入 ADC
- 利用 AMC3311 為 AMC23C11 供電以實(shí)現(xiàn)隔離式檢測和故障檢測
- 具有前端增益級的隔離式電流檢測電路
- 隔離式分流器和閉環(huán)電流檢測的精度比較
- 電壓感測
- EMI 性能
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終端設(shè)備
- 比較 HEV/EV 中基于采樣電阻和基于霍爾傳感器的隔離式電流檢測解決方案
- 直流電動汽車充電應(yīng)用中電流檢測的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
- 在電機(jī)驅(qū)動器中使用隔離比較器進(jìn)行故障檢測
- 在電機(jī)驅(qū)動器的 UCC23513 光兼容隔離式柵極驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)分立式 DESAT
- 交流電機(jī)驅(qū)動器中的隔離式電壓檢測
- 在服務(wù)器 PSU 中實(shí)現(xiàn)高性能隔離式電流和電壓檢測
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其他參考設(shè)計(jì)/電路
- 為隔離式放大器設(shè)計(jì)自舉電荷泵電源
- 隔離式調(diào)制器與 MCU 之間的數(shù)字接口的時(shí)鐘邊沿延遲補(bǔ)償
- 利用 AMC3311 為 AMC23C11 供電以實(shí)現(xiàn)隔離式檢測和故障檢測
工業(yè)和汽車應(yīng)用（例如車載充電器、串式逆變器和電機(jī)驅(qū)動器）需要某種類型的隔離式電流測量以驅(qū)動電流控制環(huán)路的反饋算法，同時(shí)保護(hù)數(shù)字電路免受執(zhí)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(shù)據(jù)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(shí)，有許多決定因素需要考慮，例如隔離規(guī)格、如何為高側(cè)供電以及選擇輸入電壓范圍。本文將詳細(xì)說明這些決定因素，以幫助您選擇更適合特定系統(tǒng)的隔離式放大器。
選擇用于隔離式電流測量的器件時(shí)，第一步便是確定所需的隔離級別。有兩個(gè)隔離級別：基本隔離和增強(qiáng)型隔離。系統(tǒng)架構(gòu)和終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)（例如有關(guān)電機(jī)驅(qū)動器的國際電工委員會 (IEC) 61800 和有關(guān)醫(yī)療設(shè)備的 IEC 60601）將規(guī)定所需的隔離級別。
用于量化隔離柵性能的主要規(guī)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(gè)運(yùn)行壽命期間可持續(xù)承受的最大電壓。
- 共模瞬態(tài)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(tài)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(shè)備制造商的產(chǎn)品通過了第三方認(rèn)證，目的是驗(yàn)證這些產(chǎn)品是否符合隔離規(guī)格。隔離式放大器本身并未按照這些規(guī)格衡量，因?yàn)樗鼈兪墙K端設(shè)備的內(nèi)部元件，終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)僅間接適用于它們。實(shí)際上，這些元件根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會 (DIN) 德國電氣工程師協(xié)會 (VDE) V 0884-11 和美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室 (UL) 1577 等器件級認(rèn)證來衡量。如 IEC 標(biāo)準(zhǔn)中所述，符合元件級標(biāo)準(zhǔn)且具有同等要求的器件無需接受單獨(dú)評估。這也適用于國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 輻射發(fā)射電磁干擾 (EMI) 標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)德州儀器 (TI) 隔離式放大器的輻射發(fā)射性能，請參閱 [1]。
為了獲得出色性能，建議使用器件特定數(shù)據(jù)表中所示的布局和應(yīng)用實(shí)踐；[2] 列出了 TI 隔離式放大器器件級認(rèn)證。
選擇隔離式放大器時(shí)，下一步則是確定如何在隔離柵的高側(cè)為隔離式放大器供電。
設(shè)計(jì)此部分電路時(shí)，請注意，高側(cè)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(gè)相位都需要一個(gè)帶有獨(dú)立高側(cè)電源的隔離式放大器。高側(cè)電源電路設(shè)計(jì)錯誤會導(dǎo)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(gè)可為隔離式放大器的高側(cè)供電的主要設(shè)計(jì)方案。
第一個(gè)設(shè)計(jì)方案是設(shè)計(jì)一個(gè)分立的隔離式變壓器電路，以便從低側(cè)向隔離式放大器的高側(cè)提供電壓。這種方法將需要選擇一個(gè)隔離式變壓器、一個(gè)變壓器驅(qū)動器（例如 TI 的 SN6501）和一個(gè)低壓差穩(wěn)壓器（例如 TI 的 TLV704）。盡管易于設(shè)計(jì)，但是此方案需要較大的電路板面積和若干器件。圖 12 展示了 AMC1300 評估模塊 (EVM) 頂部的實(shí)現(xiàn)示例。
圖 12 具有隔離式變壓器的 AMC1300 EVM。第二個(gè)設(shè)計(jì)方案（如圖 13 所示）是使用浮動高側(cè)柵極驅(qū)動器電源（通常為 15V）和并聯(lián)穩(wěn)壓器（例如齊納二極管）將電壓下調(diào)至 5V。該設(shè)計(jì)方案的示例請見器件數(shù)據(jù)表，例如 AMC1300B-Q1 增強(qiáng)型隔離式放大器。盡管此設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)高效，但是布局限制以及柵極驅(qū)動器電源接地基準(zhǔn)與放大器接地基準(zhǔn)之間的寄生阻抗會導(dǎo)致共模輸入電壓越限和瞬態(tài)誤差。
第三個(gè)設(shè)計(jì)方案（如圖 14 所示）最為簡單，使用具有集成直流/直流轉(zhuǎn)換器的器件。具有集成直流/直流轉(zhuǎn)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(fù)雜度和系統(tǒng)成本，可提供出色的轉(zhuǎn)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(shí)，最后一個(gè)步驟就是選擇器件的輸入電壓范圍。為電流檢測而進(jìn)行了優(yōu)化的大多數(shù)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(gè)輸入電壓范圍適合此應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)會受益于稍大的輸入電壓范圍 (±250mV)，這樣便可實(shí)現(xiàn)更高的信噪比
圖 13 AMC1300B-Q1 和浮動電源。
圖 14 具有內(nèi)部直流/直流轉(zhuǎn)換器的 AMC3302 隔離式放大器。選擇輸入電壓范圍時(shí)，需要考慮兩個(gè)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(gè)公式?jīng)Q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(quán)衡。如電流和電阻值已提供，則可根據(jù)方程式 1 計(jì)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?yàn)閮蓚€(gè)值之間的不匹配都會導(dǎo)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?yàn)橐坏┩ㄟ^電阻器消耗的功率達(dá)到額定功率耗散的一半，分流電阻器就會開始因?yàn)樽园l(fā)熱而產(chǎn)生溫漂（根據(jù)電阻器的溫漂規(guī)格），從而導(dǎo)致增益誤差。為了避免因自發(fā)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(biāo)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(biāo)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(gè)選項(xiàng)（±50mV 和 ±250mV），并且還已知曉最大電流，則可計(jì)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：
±250 mV: RIdeal = 4.8 mΩ
找出最接近的標(biāo)準(zhǔn)分流電阻器值：
for ±250 mV: R = 5 mΩ
將這些值代入方程式 1，計(jì)算出分流電阻器兩端產(chǎn)生的滿量程壓降：
for ±250 mV: V = I × R = (52 A) × (5 mΩ) = 260 mV
請注意，從理想計(jì)算值到最接近標(biāo)準(zhǔn)值的電阻值略有增加，這會導(dǎo)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(chǎn)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(nèi)。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(nèi)（對于 ±250mV 器件，通常高達(dá) ±280mV；對于 ±50mV 器件，通常高達(dá) ±56mV），數(shù)據(jù)表中未規(guī)定隔離式放大器的精度；但是，隔離式放大器將繼續(xù)以類似于線性范圍的精度輸出電壓。在某些應(yīng)用中，如果與標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)電阻值和標(biāo)稱電流幅度來計(jì)算分流電阻器中的功耗，這里假設(shè)分流電阻器中的功耗額定值為 3W。
在 ±50mV 計(jì)算中，標(biāo)稱功率耗散小于額定功率耗散的八分之一。在測量標(biāo)稱電流時(shí)，該分流電阻器不應(yīng)因自發(fā)熱而出現(xiàn)明顯溫漂。±250mV 計(jì)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(biāo)稱電流范圍時(shí)會出現(xiàn)明顯的溫漂。
可采取額外的措施來減少分流電阻器中散發(fā)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(fēng)扇。在電流很大的應(yīng)用中，可使用運(yùn)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(biāo)稱電流幅度的大多數(shù)應(yīng)用中，一個(gè)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(rèn)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?yàn)槌^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(jié)果，請參閱6。