ZHCAE36 September 2020 AMC3302
引言
車載充電器、光伏逆變器、直流充電（樁）站、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動等多種工業(yè)和汽車應(yīng)用都需要進(jìn)行隔離，以保護(hù)數(shù)字電路免受執(zhí)行測量的高壓電路的影響。為這些應(yīng)用實現(xiàn)隔離式電流檢測的兩種方法是基于分流器的隔離式檢測和基于磁（霍爾或磁通門）的檢測。本文檔比較了德州儀器 (TI) 的 AMC3302 單電源隔離式放大器與常用的閉環(huán)電流傳感器 (CLCS)。
技術(shù)概述
圖 1 基于分流器的隔離式電流檢測. 基于分流器的隔離式電流檢測的原理是測量精密直列式電阻（稱為分流電阻）兩端的電壓。分流電阻必須非常精確，以便生成所提供電流的預(yù)期電壓，因為預(yù)期電阻的任何變化都將直接導(dǎo)致增益誤差?；诜至髌鞯碾娏鳈z測功能的優(yōu)勢在于，它可實現(xiàn)出色的精度、抗磁干擾能力、可擴(kuò)展性和小尺寸。
圖 2 基于霍爾效應(yīng)的閉環(huán)傳感器. CLCS 使用磁芯來感應(yīng)流經(jīng)初級導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的磁場。CLCS
中包含的磁場感應(yīng)元件用于提供施加到磁芯的補(bǔ)償電流。該補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁通大小相等，但與初級導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通相反，從而產(chǎn)生零磁通測量。磁性電流檢測易受電磁干擾的影響，這種干擾會影響器件的偏移和線性性能。有關(guān)如何比較這兩種技術(shù)的更多信息，請訪問此處。
測試設(shè)置
圖 3 AMC3302 電路和 CLCS
測試設(shè)置方框圖. 為了直接比較這兩種技術(shù)的性能，我們創(chuàng)建了一個測試設(shè)置。這里使用了直流電流源、電子負(fù)載和數(shù)字萬用表來捕獲 +/-85A 初級電流掃描在 -40°C、25°C
和 85°C 三個不同溫度下的數(shù)據(jù)。所有測量均根據(jù) IEEE488 自動進(jìn)行。請注意，用于 AMC3302 電路測量的 500μΩ 分流器 1 和用于控制測量的 500μΩ 分流器 2 不受環(huán)境溫度變化的影響，因此本分析中不包括分流器溫度漂移誤差。兩款分流器的額定容差均為 ±0.25%，溫度系數(shù)為 ±15ppm/°C，功率耗散為 20W。
圖 4 AMC3302 電路圖.
下面的電路圖展示了用于精度比較的 AMC3302 和 TLV6002 電路。TLV6002 的通道 1 用于緩沖通過電阻分壓器生成的基準(zhǔn)電壓，而 AMC3302 的差分輸出通過通道 2 從差分轉(zhuǎn)換為單端。因此，AMC3302 電路具有與 CLCS 相同的接口：VDD、GND、VREF 和 VOUT。
圖 5 AMC3302 電路板印刷電路板.
下面是 AMC3302 印刷電路板 (PCB)。PCB 的設(shè)計方式使 AMC3302 電路適合與 CLCS 相同的 x、y 封裝，即 13.4mm x 21.9mm。AMC3302 PCB 的高度要小得多；僅為 2.6mm，與 CLCS 的 16mm 相比，高度減少了 84%。
精度比較
圖 6 展示了不同溫度下 +/-85A 初級電流掃描的精度結(jié)果，此結(jié)果是以在 25°C 偏移校準(zhǔn)后指定為滿標(biāo)度輸出百分比的誤差形式表示。AMC3302 電路結(jié)果以紅色陰影顯示，而 CLCS 以藍(lán)色顯示。AMC3302 電路在整個電流和溫度范圍內(nèi)都非常精確，無需增益校準(zhǔn)，誤差小于 0.1%。與 AMC3302 電路相比，CLCS 的增益誤差漂移和線性性能較差，導(dǎo)致總誤差大于 0.5%。與 CLCS 相比，AMC3302 電路在整個電流和溫度范圍內(nèi)的精度提高了 5 倍以上。
圖 6 偏移校準(zhǔn)后 AMC3302
電路和閉環(huán)電流傳感器的精度比較. 下面顯示了絕對最大誤差的精度比較表。
|
溫度 |
-40C |
25C |
85C |
|---|---|---|---|
|
AMC3302 電路 |
-0.077% |
-0.029% |
0.035% |
|
CLCS |
-0.356% |
-0.492% |
-0.573% |
結(jié)語
下表總結(jié)了 AMC3302 電路和 CLCS 的比較。對于要求出色精度的系統(tǒng)，AMC3302 電路比 CLCS 具有明顯的優(yōu)勢。進(jìn)行此比較時使用的 AMC3302 電路在 x 和 y 維度的尺寸相等，但在高度 z 方面具有明顯的優(yōu)勢。AMC3302 電路還具有抗磁干擾能力和可擴(kuò)展性。
|
AMC3302 電路 |
CLCS |
|
|---|---|---|
|
精度 |
++ |
+ |
|
尺寸 |
+ |
- |
|
抗磁干擾 |
++ |
-- |
|
可擴(kuò)展性 |
++ |
- |
|
簡化設(shè)計 |
+ |
++ |