ZHCABX1B april 2017 – june 2023 AMC1100 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302 , AMC1302-Q1 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC1411 , AMC1411-Q1 , AMC3301 , AMC3301-Q1 , AMC3302 , AMC3302-Q1 , AMC3330 , AMC3330-Q1 , ISO224 , TLV170 , TLV6001
引言
無論您是檢測工業(yè)三相伺服電機系統(tǒng)、電動汽車電池管理系統(tǒng)還是光伏逆變器中的電流，通常都需要包含某種安全隔離方案。安全相關(guān)標準定義了與特定設(shè)計相關(guān)的終端設(shè)備特定隔離要求。確定所需安全絕緣級別（基本、補充或增強）需要考慮各種因素，具體取決于設(shè)備類型、所涉及的電壓電平以及設(shè)備的安裝環(huán)境。
德州儀器 (TI) 提供了各種隔離式電流分流放大器，這些放大器用于上述電壓和電流分流檢測應(yīng)用，可滿足基本或增強型絕緣要求。對于需要增強型絕緣的應(yīng)用，一款此類器件是 AMC1301。AMC1301 輸出是圍繞 1.44V 共模電壓變化的全差分信號，可以直接饋送到獨立模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)（如圖 1 所示），或者饋送到 MSP430 和 C2000 微控制器系列中的板載 ADC。
圖 1 AMC1301 功能方框圖嵌入式 ADC
MSP430 和 C2000 系列處理器都具有嵌入式單端輸入 ADC，因此問題變?yōu)椋?em class="ph i">如何將這個差分信號送入單端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器？
為達到這一目標，較簡單的方法是僅使用 AMC1301 的一個輸出，將第二個輸出懸空。該設(shè)計的缺點是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器只能使用一半的輸出電壓擺幅，從而降低了測量的動態(tài)范圍。AMC1301 的模擬輸入范圍是 ±250mV。在 8.2 的固定增益下，VOUTN 和 VOUTP 電壓為 ±1.025V，圍繞 1.44V 共模輸出電壓變化，如圖 2 所示。差分輸出電壓為 ±2.05V。
圖 2 差分輸出電壓通過添加差分轉(zhuǎn)單端放大器輸出級（如圖 3 所示），可以將 AMC1301 的整個輸出范圍提供給 ADC。
圖 3 差分轉(zhuǎn)單端輸出假設(shè)在 VIN 處施加一個 ±250mV 的滿量程正弦波；AMC1301 的內(nèi)部增益將在 VOUTP 和 VOUTN 點提供 2.05Vpk-pk 輸出，這兩個點的相位差為 180°。這些信號之間的差值 VODIF 為 4.1Vpk-pk。當 R1 = R4 且 R2 = R3 時，輸出級的傳遞函數(shù)如方程式 1 所示。
在方程式 1 中為 R1 至 R4 使用等值電阻并將 VCM 設(shè)置為 2.5V，則方程式 2 簡化為：
圖 4 顯示了 AMC1301 的輸入電壓和輸出電壓，以及最終差分轉(zhuǎn)單端輸出級的輸出電壓。請注意，±2.05V 的差分電壓轉(zhuǎn)置為 0.5V 至 4.5V 的單端信號。
圖 4 單端輸出電壓根據(jù) ADC 的輸入電壓范圍，可以將增益或衰減納入差分轉(zhuǎn)單端級，以調(diào)整輸出擺幅。通過調(diào)節(jié)輸出共模電壓可以同時滿足 ADC 的輸入需求。
設(shè)計示例
MSP430 器件上的 ADC12 在使用內(nèi)部電壓基準時的輸入電壓范圍為 0V 至 2.5V。使用 AMC1301 的 VOUTP 可以為 ADC12 提供 0.415V 至 2.465V 的輸入信號，該信號完全處于轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)，同時僅使用 AMC1301 的一半輸入范圍。如圖 5 所示，通過使用增益為 0.5 且共模電壓為 1.25V 的差分轉(zhuǎn)單端放大器配置，AMC1301 的整個電壓范圍均可應(yīng)用于 ADC12。
圖 5 經(jīng)縮放的差分轉(zhuǎn)單端輸出備選器件建議
AMC1100 或 AMC1200 以較低的價格提供與 AMC1301 性能類似的基本隔離。對于需要雙極輸出的應(yīng)用，TLV170 可提供此選項。
| 器件 | 優(yōu)化參數(shù) | 性能權(quán)衡 |
|---|---|---|
| AMC1100 | 高達 4250 VPEAK 的電隔離 | 瞬態(tài)抗擾度更低 |
| AMC1200 | 高達 4250 VPEAK 的電隔離 | 基本隔離與增強型隔離 |
| TLV170 | 雙極運算達 ±18V | 輸入偏置電流更高 |
結(jié)語
雖然可以使用 AMC1301 的單個輸出來驅(qū)動單端 ADC，但在輸出端添加差分轉(zhuǎn)單端運算放大器級可確保目標應(yīng)用具有盡可能最大的動態(tài)范圍。