簡(jiǎn)化隔離電流和電壓感應(yīng)設(shè)計(jì)需要的電流隔離

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，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。

原文標(biāo)題：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”

文章出處：【微信公眾號(hào)：德州儀器】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq