ZHCY211 December 2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1
- 1
- 引言
- 隔離式信號鏈簡介
- 選擇樹
-
電流檢測
- 隔離式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的分流電阻選型
- 隔離式電流檢測的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
- 具有 ±50mV 輸入和單端輸出的隔離式電流檢測電路
- 具有 ±50mV 輸入和差分輸出的隔離式電流檢測電路
- 具有 ±250mV 輸入范圍和單端輸出電壓的隔離式電流檢測電路
- 具有 ±250mV 輸入和差分輸出的隔離式電流測量電路
- 隔離式過流保護(hù)電路
- 將差分輸出（隔離式）放大器連接到單端輸入 ADC
- 利用 AMC3311 為 AMC23C11 供電以實(shí)現(xiàn)隔離式檢測和故障檢測
- 具有前端增益級的隔離式電流檢測電路
- 隔離式分流器和閉環(huán)電流檢測的精度比較
- 電壓感測
- EMI 性能
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終端設(shè)備
- 比較 HEV/EV 中基于采樣電阻和基于霍爾傳感器的隔離式電流檢測解決方案
- 直流電動汽車充電應(yīng)用中電流檢測的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
- 在電機(jī)驅(qū)動器中使用隔離比較器進(jìn)行故障檢測
- 在電機(jī)驅(qū)動器的 UCC23513 光兼容隔離式柵極驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)分立式 DESAT
- 交流電機(jī)驅(qū)動器中的隔離式電壓檢測
- 在服務(wù)器 PSU 中實(shí)現(xiàn)高性能隔離式電流和電壓檢測
- 其他參考設(shè)計(jì)/電路
| ISO224 輸入電壓 | ISO 輸出、ADC 輸入 (VOUTP - VOUTN) | 數(shù)字輸出 ADS7945 |
|---|---|---|
| +12V | +4V | 1999H |
| -12V | -4V | E666H |
| 電源和基準(zhǔn)電壓 | ||
|---|---|---|
| VDD1 | VDD2 和 AVDD | REF5050 外部基準(zhǔn) |
| 15V | 5V | 5V |
設(shè)計(jì)說明
此電路利用 ISO224 隔離式放大器和 ADS745 SAR ADC 執(zhí)行 ±12V 隔離式電壓檢測測量。ISO224 可以測量具有 ?V/V 固定增益的 ±12V 真差分信號，并且產(chǎn)生輸出共模電壓為 VDD2/2 的隔離式差分輸出電壓。ADS7945 是一款全差分輸入 ADC，其滿標(biāo)度輸入電壓為 ±VREF，共模輸入電壓為 VREF/2 ±200mV。選擇 +5V 基準(zhǔn)電壓，可使 ADS7945 接受來自 ISO224 的滿標(biāo)度輸出和共模輸出。與單端轉(zhuǎn)換相比，使用全差分輸入 ADC 采集 ISO224 輸出可將系統(tǒng)動態(tài)范圍翻倍。許多高電壓工業(yè)應(yīng)用，如 保護(hù)繼電器、通道間隔離式 ±10V 模擬輸入卡 以及逆變器和電機(jī)控制。此設(shè)計(jì)中的組件選擇公式和說明可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格和需求進(jìn)行定制。
規(guī)格
| 規(guī)格 | 計(jì)算值 | 仿真值 |
|---|---|---|
| 100ksps 時的瞬態(tài) ADC 輸入趨穩(wěn) | 305μV | 11μV |
| 調(diào)節(jié)信號范圍 | ±4V | ±4V |
| 噪聲（輸入端） | 1.9mVRMS | 1.73mVRMS |
| 閉環(huán)帶寬 | 175kHz | 185kHz |
設(shè)計(jì)說明
- 由于 ADS7945 具有低功耗特性和兼容 ISO224 的模擬輸入結(jié)構(gòu)，因此選擇該器件。
- 驗(yàn)證系統(tǒng)線性運(yùn)行是否具有所需的輸入信號范圍。此驗(yàn)證通過使用直流傳輸特性選擇中的仿真來執(zhí)行。
- 選擇適合 CFILT 的 COG 電容器以更大限度減少失真。
- 了解和校準(zhǔn) ADC 系統(tǒng)的失調(diào)電壓和增益 介紹了誤差分析的方法。請查看該鏈接，了解更大限度減少增益誤差、失調(diào)電壓誤差、漂移誤差和噪聲誤差的方法。
- TI 高精度實(shí)驗(yàn)室 - ADC 培訓(xùn)視頻系列介紹了選擇電荷桶電路 RFILT 和 CFILT 的方法。此類組件值取決于放大器帶寬、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采樣速率以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。此處所示的規(guī)格值可為本示例中的放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器提供良好的趨穩(wěn)和交流性能。如果改動了設(shè)計(jì)，必須選擇其他的 RC 濾波器。請參閱 SAR ADC 前端元件選擇簡介，了解如何選擇 RC 濾波器以實(shí)現(xiàn)最佳的趨穩(wěn)和交流性能。
元件選型
- 根據(jù)輸入電壓范圍選擇隔離放大器并確定輸出共模電壓和輸出電壓范圍：
- ±12V 單端輸入范圍
- ? 的固定增益，可實(shí)現(xiàn) ±4V 的差分輸出
- +2.5V 的輸出共模電壓
- 4.5V 至 18V 高側(cè)電源，4.5V 至 5.5V 低側(cè)電源
- 輸入失調(diào)電壓：25°C 時為 ±5mV，±42μV/°C（最大值）
- 增益誤差：25°C 時為 ±0.3%，±50ppm/°C（最大值）
- 非線性度：±0.01%（最大值），±1ppm/°C
- 1.25MΩ 的高輸入阻抗
- 選擇具有合適的共模和差分輸入范圍的 ADC，以匹配 ISO224 的 +2.5V 共模輸出和 ±4V 差分輸出：
- ±5V（最大值）模擬輸入范圍
- 由正負(fù)電壓基準(zhǔn)設(shè)置的滿標(biāo)度輸入范圍
- 輸入共模范圍為 VREF/2 ±0.2V
- 2.7V 至 5.25V 電源電壓
- 2Msps 時具有 84 的高 SNR、11.6mW 的低功耗
- 選擇支持共模約束的電壓基準(zhǔn)，該共模約束由 ISO224 的 2.5V 共模輸出電壓和 ADS7945 的 VREF/2 ±0.2V 共模輸入電壓設(shè)置。這意味著基準(zhǔn)輸出電壓必須為 5V、低噪聲，并且最好具有可配置輸入電壓：
- 5-V 輸出
- 5.2V 至 18V 輸入電源電壓
- 3μVPP/V 噪聲
- 選擇 R1FILT、R2FILT 和 CFILT 以實(shí)現(xiàn)輸入信號的趨穩(wěn)以及 100ksps 的采樣率：
優(yōu)化 RFILT 和 CFILT 值（TI 高精度實(shí)驗(yàn)室視頻）介紹了選擇 RFILT 和 CFILT 的方法。經(jīng)證實(shí)，120Ω 和 510pF 的最終值可確保在采集窗口時間內(nèi)趨穩(wěn)至遠(yuǎn)低于最低有效位 (LSB) ? 的位置。
直流傳輸特性
下圖所示為 ±15V 輸入的仿真輸出。所需線性范圍：輸入為 ±12V 時，輸出為 ±4V。此仿真顯示線性輸出范圍大約為 ±4.6V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出要求。
傳遞函數(shù)顯示 ISO224 增益為 ?（即增益 · VIN = VOUT，(?)·(12V) = 4V）。
交流傳輸特性
仿真帶寬大約為 186kHz，增益為 –9.57dB（或 0.332V/V），這與 ISO224（指定 fc = 175kHz，增益 = 0.333V/V）的預(yù)期增益和帶寬非常接近。
瞬態(tài) ADC 輸入穩(wěn)定仿真
以下仿真顯示了采集時間為 9.6μs 的瞬態(tài)趨穩(wěn)結(jié)果。11μV 趨穩(wěn)誤差完全處于 305μV 的 0.5 × LSB 限制范圍內(nèi)。請參閱優(yōu)化 Rfilt 和 Cfilt 值，了解有關(guān)此主題的詳細(xì)理論。
噪聲仿真
以下噪聲計(jì)算僅考慮 ISO224 的噪聲。ISO224 噪聲遠(yuǎn)高于電路中其他噪聲源的噪聲，因此總噪聲可以按 ISO224 噪聲進(jìn)行估算。對于 B 級也可使用同樣的方法。
仿真噪聲高于預(yù)期的計(jì)算噪聲。此差異是由仿真模型中的噪聲峰值造成。計(jì)算中未包括噪聲峰值。請參閱計(jì)算 ADC 系統(tǒng)的總噪聲 了解有關(guān)此主題的詳細(xì)理論。
設(shè)計(jì)中采用的器件
| 器件 | 主要特性 | 鏈接 | 類似器件 |
|---|---|---|---|
| ISO224 | 具有 ±12V 單端輸入范圍、? 的固定增益，可實(shí)現(xiàn) ±4V 差分輸出，輸出共模電壓為 +2.5V，高側(cè)電源電壓為 4.5V 至 18V，低側(cè)電源電壓為 4.5V 至 5.5V，輸入失調(diào)電壓：25°C 時為 ±5mV，±42μV/°C（最大值），增益誤差：25°C 時為 ±0.3%，±50ppm/°C（最大值），非線性度：±0.01%（最大值），±1ppm/°C，并具有 1.25MΩ 的高輸入阻抗 | apartmentvenezia.com/product/cn/ISO224 | www.ti.com/isoamps |
| ADS7945 |
具有 ±5V 最大模擬輸入范圍、由正負(fù)電壓基準(zhǔn)設(shè)置的滿標(biāo)度輸入范圍、VREF/2 ±0.2V 的輸入共模范圍、2.7V 至 5.25V 的電源電壓，并且在 2Msps 時具有 84 的高 SNR 和 11.6mW 的低功耗 |
apartmentvenezia.com/product/cn/ADS7945 | http://www.ti.com/opamps |
| REF5050 | 3ppm/°C 漂移、0.05% 初始精度、4μVpp/V 噪聲 | apartmentvenezia.com/product/cn/REF5050 | http://www.ti.com/vref |
設(shè)計(jì)參考資料
有關(guān) TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路手冊。