三步搞定隔离式放大器选择|隔离、供电、量程
引言
工业和汽车应用(例如车载充电器、串式逆变器和电机驱动器)需要某种类型的隔离式电流测量以驱动电流控制环路的反馈算法,同时保护数字电路免受执行某种功能的高压电路的影响。
高性能 隔离式放大器 是用于跨隔离栅传输电流测量数据的出色器件。但是,选择正确的 隔离式放大器 并非易事。选择 隔离式放大器 时,有许多决定因素需要考虑,例如隔离规格、如何为高侧供电以及选择输入电压范围。本文将详细说明这些决定因素,以帮助您选择更适合特定系统的隔离式放大器。
第一步:
确定隔离级别与核心参数
选择用于隔离式电流测量的器件时,第一步便是确定所需的隔离级别。有两个隔离级别:基本隔离和增强型隔离。系统架构和终端设备标准(例如有关电机驱动器的国际电工委员会(IEC)61800和有关医疗设备的IEC 60601)将规定所需的隔离级别。
用于量化隔离栅性能的主要规格如下:
隔离工作电压是指在均方根电压中定义并且隔离式放大器在整个运行寿命期间可持续承受的最大电压。
共模瞬态抗扰度描述了隔离式放大器可承受(无错误)的接地电位差的最大变化率。
隔离瞬态过压是指在峰峰值电压中定义并且隔离式放大器可耐受60s的电压。
符合IEC 60065的电涌额定值(脉冲电压额定值)是指隔离式放大器可无故障耐受的1.2µs/50µs电压幅度。
一些终端设备制造商的产品通过了第三方认证,目的是验证这些产品是否符合隔离规格。隔离式放大器本身并未按照这些规格衡量,因为它们是终端设备的内部元件,终端设备标准仅间接适用于它们。实际上,这些元件根据德国标准化协会(DIN)德国电气工程师协会(VDE)V 0884-11和美国保险商实验室(UL)1577等器件级认证来衡量。如IEC标准中所述,符合元件级标准且具有同等要求的器件无需接受单独评估。这也适用于国际无线电干扰特别委员会(CISPR)辐射发射电磁干扰(EMI)标准。
第二步:
搞定隔离栅高侧供电方案
选择隔离式放大器时,下一步则是确定如何在隔离栅的高侧为隔离式放大器供电。
设计此部分电路时,请注意,高侧电源电压必须随所测电流的共模输入电压而浮动。这意味着对于多相电流测量,每个相位都需要一个带有独立高侧电源的隔离式放大器。高侧电源电路设计错误会导致超出绝对最大模拟输入电压额定值,从而造成器件永久损坏。
有三个可为隔离式放大器的高侧供电的主要设计方案:
方案一
第一个设计方案是设计一个分立的隔离式变压器电路,以便从低侧向隔离式放大器的高侧提供电压。这种方法将需要选择一个隔离式变压器、一个变压器驱动器和一个低压差稳压器。尽管易于设计,但是此方案需要较大的电路板面积和若干器件。图1展示了AMC1300评估模块(EVM)顶部的实现示例。