通過單電源隔離放大器和ADC簡化隔離電流和電壓感應(yīng)設(shè)計

在保護人員、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“它”。你可以在以下應(yīng)用中對“它”進行設(shè)計，如電機驅(qū)動器、太陽能逆變器、DC充電（樁）站、工業(yè)機器人、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)需要通過隔離勢壘將電流和電壓信息從一個電源域傳輸?shù)搅硪粋€電源域，以便進行監(jiān)視和控制。那么如何在隔離勢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)計這些系統(tǒng)時，面臨的一大難題是如何為隔離放大器或ADC供電。通常來說，它們需要兩個電源——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)計分立的隔離電源（但這會增加解決方案尺寸、物料清單[BOM]數(shù)量和解決方案成本），從而增加設(shè)計和印刷電路板（PCB）布局的復(fù)雜性。

為解決這一設(shè)計難題，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所示為需要兩個電源（左）的標準隔離轉(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全集成DC/DC轉(zhuǎn)換器級，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1 mA的額外直流電流。

基于分流器的電流感應(yīng)提供高精度。

了解有關(guān)帶集成DC/DC轉(zhuǎn)換器的AMC3301精密增強型隔離放大器的更多信息。

單電源操作如何簡化設(shè)計

單電源工作的優(yōu)勢包括：

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，并可減少BOM數(shù)量，降低系統(tǒng)成本。

有助于簡化設(shè)計和布局。無需擔心是否能夠使用高側(cè)電源，可更輕松地設(shè)計基于分流器的高精度電流和電壓感應(yīng)。你可以：

通過消除對集中式電源的需求，可借助模塊化PCB設(shè)計實現(xiàn)更高的復(fù)用率。

實現(xiàn)具有更少走線和更少電源布線的雙層電路板設(shè)計。

在無共用中性線的多相系統(tǒng)中進行相間電壓測量時，降低設(shè)計復(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，這可能會導(dǎo)致寄生效應(yīng)。例如，將柵極驅(qū)動器電源用作高側(cè)電源時，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增加與分流器串聯(lián)的寄生電感，這會在功率級切換期間在放大器的輸入端引起共模干擾，進而導(dǎo)致測量不精確。使用AMC3301系列時，由于采用了集成電源，寄生電感不會影響測量精度。

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:±250 mV輸入增強型隔離放大器。

AMC3301-Q1:汽車電子理事會（AEC）-Q100認證的±250mV輸入增強型隔離放大器。

AMC3302:±50 mV輸入增強型隔離放大器。

AMC3306M25:±250mV輸入增強型隔離調(diào)制器（ADC）。

電壓感應(yīng)：

AMC3330:±1-V輸入增強型隔離放大器。

AMC3330-Q1: AEC-Q100認證的±1-V輸入增強型隔離放大器。

有沒有可能在簡化設(shè)計的同時，實現(xiàn)緊湊的外形尺寸，還不影響性能？答案是可能的。當你準備開始設(shè)計時，TI的應(yīng)用專家將在此回答您在德州儀器在線支持論壇中可能遇到的任何問題。同時，請查看以下其他資源，增強你對隔離放大器和ADC的了解。

審核編輯：金巧