簡(jiǎn)化隔離電流和電壓感應(yīng)設(shè)計(jì),我們都需要一個(gè)“它”
發(fā)布時(shí)間:2020-11-19 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】在保護(hù)人員、抗噪以及處理子系統(tǒng)之間的接地電位差等領(lǐng)域中,我們都需要一個(gè)“它”。你可以在以下應(yīng)用中對(duì)“它”進(jìn)行設(shè)計(jì),如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、太陽(yáng)能逆變器、DC充電(樁)站、工業(yè)機(jī)器人、不間斷電源、牽引逆變器、車載充電器和DC/DC轉(zhuǎn)換器。
我說(shuō)的“它”指的就是電流隔離。
包括我上述提及的系統(tǒng)在內(nèi),許多系統(tǒng)需要通過隔離勢(shì)壘將電流和電壓信息從一個(gè)電源域傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電源域,以便進(jìn)行監(jiān)視和控制。那么如何在隔離勢(shì)壘上傳輸模擬信息呢?答案是使用隔離放大器和隔離模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs),后者也被稱為隔離δ-Σ調(diào)制器。
設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí),面臨的一大難題是如何為隔離放大器或ADC供電。通常來(lái)說(shuō),它們需要兩個(gè)電源——高側(cè)電源和低側(cè)電源(在圖1的左圖分別顯示為VDD1和VDD2)。低壓側(cè)通常由為數(shù)字控制器供電的相同電源供電,但許多系統(tǒng)的高側(cè)沒有可用的電源。這就意味著必須在高側(cè)設(shè)計(jì)分立的隔離電源(但這會(huì)增加解決方案尺寸、物料清單[BOM]數(shù)量和解決方案成本),從而增加設(shè)計(jì)和印刷電路板(PCB)布局的復(fù)雜性。
為解決這一設(shè)計(jì)難題,我們開發(fā)了一系列可使用低側(cè)電源工作的隔離放大器和ADC。圖1所示為需要兩個(gè)電源(左)的標(biāo)準(zhǔn)隔離轉(zhuǎn)換器和可使用單電源(右)工作的AMC3301系列之間的差異。
圖1:傳統(tǒng)隔離放大器與單電源隔離放大器
這些新器件包括一個(gè)全集成DC/DC轉(zhuǎn)換器級(jí),可在內(nèi)部產(chǎn)生高側(cè)電源。這種DC/DC轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化,可從高側(cè)低壓差調(diào)節(jié)器(LDO)輸出引腳(通常表示為HLDOOUT為輔助電路(如有源濾波器、前置放大器或比較器)提供高達(dá)1mA的額外直流電流。
單電源操作如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)
單電源工作的優(yōu)勢(shì)包括:
● 解決方案尺寸更小、物料清單(BOM)減少、系統(tǒng)成本更低。集成的DC/DC轉(zhuǎn)換器不再需要分立電源(如專用隔離電源)以及專用變壓器、變壓器驅(qū)動(dòng)器和LDO的組合。這種集成可為空間受限的應(yīng)用創(chuàng)建緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì),并可減少BOM數(shù)量,降低系統(tǒng)成本。
● 有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和布局。無(wú)需擔(dān)心是否能夠使用高側(cè)電源,可更輕松地設(shè)計(jì)基于分流器的高精度電流和電壓感應(yīng)。你可以:
(1) 通過消除對(duì)集中式電源的需求,可借助模塊化PCB設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更高的復(fù)用率。
(2) 實(shí)現(xiàn)具有更少走線和更少電源布線的雙層電路板設(shè)計(jì)。
(3) 在無(wú)共用中性線的多相系統(tǒng)中進(jìn)行相間電壓測(cè)量時(shí),降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。你可以消除原本需要的分立隔離電源。
● 分流器布置的靈活性。在傳統(tǒng)架構(gòu)中,高側(cè)電源決定了分流器布置,這可能會(huì)導(dǎo)致寄生效應(yīng)。例如,將柵極驅(qū)動(dòng)器電源用作高側(cè)電源時(shí),分流器不能總是置于靠近開關(guān)管腳的位置。這種非最佳的布置可能會(huì)增加與分流器串聯(lián)的寄生電感,這會(huì)在功率級(jí)切換期間在放大器的輸入端引起共模干擾,進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量不精確。使用AMC3301系列時(shí),由于采用了集成電源,寄生電感不會(huì)影響測(cè)量精度。
TI的產(chǎn)品組合
圖2總結(jié)了TI的隔離放大器和ADC產(chǎn)品組合。左側(cè)所示為需要雙電源的傳統(tǒng)器件;右側(cè)所示為單電源工作的器件。
圖2:TI隔離放大器和調(diào)制器(ADC)產(chǎn)品組合
以下是基于應(yīng)用的AMC3301系列的所有選件。
電流感應(yīng):
● AMC3301: ±250mV輸入增強(qiáng)型隔離放大器
● AMC3301-Q1: 汽車電子理事會(huì)(AEC)-Q100認(rèn)證的±250mV輸入增強(qiáng)型隔離放大器
● AMC3302: ±50mV輸入增強(qiáng)型隔離放大器
● AMC3306M25: ±250mV輸入增強(qiáng)型隔離調(diào)制器(ADC)
電壓感應(yīng):
● AMC3330: ±1-V輸入增強(qiáng)型隔離放大器
● AMC3330-Q1: AEC-Q100認(rèn)證的±1-V輸入增強(qiáng)型隔離放大器
有沒有可能在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)緊湊的外形尺寸,還不影響性能?答案是可能的。
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