利用單電源隔離放大器和ADC簡(jiǎn)化隔離電流和電壓感應設計

在保護人員、抗噪以及處理子系統之間的接地電位差等領(lǐng)域中，我們都需要一個(gè)“它”。你可以在以下應用中對“它”進(jìn)行設計，如 電機驅動(dòng) 器、 太陽(yáng)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(chē)載充電器 和 DC/DC轉換器 。

我說(shuō)的“它”指的就是 電流隔離 。

包括我上述提及的系統在內，許多系統需要通過(guò)隔離勢壘將電流和電壓信息從一個(gè)電源域傳輸到另一個(gè)電源域，以便進(jìn)行監視和控制。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 隔離模數轉換器（ADCs） ，后者也被稱(chēng)為隔離δ-Σ調制器。

設計這些系統時(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——高側電源和低側電源（在圖1的左圖分別顯示為VDD1和VDD2）。低壓側通常由為數字控制器供電的相同電源供電，但許多系統的高側沒(méi)有可用的電源。這就意味著(zhù)必須在高側設計分立的隔離電源（但這會(huì )增加解決方案尺寸、物料清單[BOM]數量和解決方案成本），從而增加設計和印刷電路板（PCB）布局的復雜性。

為解決這一設計難題，我們開(kāi)發(fā)了一系列可使用低側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）的標準隔離轉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轉換器級，可在內部產(chǎn)生高側電源。這種DC/DC轉換器的架構經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可從高側低壓差調節器（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提供高精度。

單電源操作如何簡(jiǎn)化設計

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、系統成本更低。集成的DC/DC轉換器不再需要分立電源（如專(zhuān)用隔離電源）以及專(zhuān)用變壓器、變壓器驅動(dòng)器和LDO的組合。這種集成可為空間受限的應用創(chuàng )建緊湊的系統設計，并可減少BOM數量，降低系統成本。

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

o   通過(guò)消除對集中式電源的需求，可借助模塊化PCB設計實(shí)現更高的復用率。

o   實(shí)現具有更少走線(xiàn)和更少電源布線(xiàn)的雙層電路板設計。

o   在無(wú)共用中性線(xiàn)的多相系統中進(jìn)行相間電壓測量時(shí)，降低設計復雜性。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。在傳統架構中，高側電源決定了分流器布置，這可能會(huì )導致寄生效應。例如，將柵極驅動(dòng)器電源用作高側電源時(shí)，分流器不能總是置于靠近開(kāi)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 )在功率級切換期間在放大器的輸入端引起共模干擾，進(jìn)而導致測量不精確。使用 AMC3301 系列時(shí)，由于采用了集成電源，寄生電感不會(huì )影響測量精度。

TI的產(chǎn)品組合

圖3總結了TI的隔離放大器和ADC產(chǎn)品組合。左側所示為需要雙電源的傳統器件；右側所示為單電源工作的器件。

圖2 TI隔離放大器和調制器（ADC）產(chǎn)品組合

 以下是基于應用的 AMC3301 系列的所有選件。

 電流感應：

●   AMC3301 : ±250 mV輸入增強型隔離放大器。

●   AMC3301-Q1 : 汽車(chē)電子理事會(huì )（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輸入增強型隔離調制器（ADC）。

電壓感應：

●   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(méi)有可能在簡(jiǎn)化設計的同時(shí)，實(shí)現緊湊的外形尺寸，還不影響性能？答案是可能的。當你準備開(kāi)始設計時(shí)，TI的應用專(zhuān)家將在此回答您在 德州儀器在線(xiàn)支持論壇 中可能遇到的任何問(wèn)題。同時(shí)，請查看以下其他資源，增強你對隔離放大器和ADC的了解。

其他資源

●   在我們的 視頻培訓系列 中了解有關(guān)隔離放大器和調制器的更多信息。

●   閱讀這些白皮書(shū)：

o   AMC130x的高電壓隔離質(zhì)量和可靠性

o   比較隔離放大器和隔離調制器

o   在車(chē)載充電器和DC/DC轉換器中比較基于分流器和基于霍爾的電流感應解決方案

●   閱讀應用簡(jiǎn)介， 比較隔離分流器和閉環(huán)電流感應的精度 。