1 簡(jiǎn)介

在需要通過(guò)電隔離實(shí)現(xiàn)電路兩部分電氣隔離的系統(tǒng)中，隔離式放大器是不可或缺的核心構(gòu)建塊。需要電隔離的典型系統(tǒng)包括高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 和純電動(dòng)汽車 (EV) 牽引逆變器等。隔離放大器最常見的應(yīng)用是檢測(cè)電流或電壓，并將該信息跨越電隔離屏障傳輸至控制器。隔離式放大器的功能與 Δ-Σ 調(diào)制器相似；但二者的輸出形式不同，隔離式放大器輸出模擬信號(hào)，而調(diào)制器輸出數(shù)字信號(hào)。模擬輸出特性為許多系統(tǒng)及工程師帶來(lái)便利，讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試流程更易理解，并且無(wú)需微控制器 (MCU) 輔助即可工作。

通常，隔離式放大器的輸出端與 SAR ADC 相連。

SAR ADC 是 MCU 中最常見的類型。分辨率范圍從低成本的 10 位到高端微控制器的 16 位。該實(shí)現(xiàn)方案的關(guān)鍵問(wèn)題在于：在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，SAR ADC 的采樣保持 (S/H) 電路會(huì)暫時(shí)干擾模擬信號(hào)鏈的正常工作。MCU 具備多個(gè)模擬輸入通道，但僅集成 1 個(gè)、2 個(gè)或 3 個(gè) ADC 塊。因此，多個(gè)模擬輸入通道需通過(guò)模擬多路復(fù)用器來(lái)共享 ADC。多路復(fù)用系統(tǒng)增加了設(shè)計(jì)難度，原因是 C_SH 電容器通常不會(huì)復(fù)位，因此會(huì)留存前一通道的狀態(tài)信息。圖 1-1 舉例展示了一個(gè)簡(jiǎn)化示意圖。

模擬放大器有兩種可能的輸出類型。

差分輸出 (圖 1-2) 是一種首選方案，適用于隔離式放大器與 ADC 之間物理距離較長(zhǎng)或需要經(jīng)過(guò)連接器的系統(tǒng)。傳遞給控制器的信息是兩個(gè)互補(bǔ)輸出之間的電壓差，而不是相對(duì)于公共接地的絕對(duì)值。因此，這種輸出能夠有效抑制可能進(jìn)入 ADC 與隔離式放大器之間電路的共模噪聲。缺點(diǎn)是，許多 ADC 無(wú)法直接與差動(dòng)信號(hào)配合工作。在這種情況下，會(huì)在靠近 ADC 的位置進(jìn)行差動(dòng)到單端的轉(zhuǎn)換。差分放大器會(huì)將信號(hào)轉(zhuǎn)換給 ADC，但同時(shí)會(huì)引入額外的測(cè)量誤差，并增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。

單端輸出 (圖 1-3) 可以直接與 ADC 接口連接，而不需要差分放大器。通常，該器件具有一個(gè)基準(zhǔn)電壓輸入 (REFIN)，用于為輸出 (OUT) 添加失調(diào)電壓或設(shè)置增益。該方案更易實(shí)現(xiàn)，但無(wú)法抑制共模噪聲。因此，這種類型的輸出是首選設(shè)計(jì)，適用于 ADC 與隔離式放大器之間距離相對(duì)較短 (<10cm) 的情況，或能夠接受由共模噪聲帶來(lái)的性能下降的情況。

對(duì)于上述兩種輸出類型，工程師均需深入理解采樣過(guò)程的工作原理，以避免信號(hào)鏈的交流和直流性能損失。