如何簡化隔離電流和電壓感應的設計

在保護人員、抗噪以及處理子系統(tǒng)之間的接地電位差等領域中，我們都需要一個“它”。你可以在以下應用中對“它”進行設計，如電機驅動器、太陽能逆變器、DC充電（樁）站、工業(yè)機器人、不間斷電源、牽引逆變器、車載充電器和DC/DC轉換器。

我說的“它”指的就是電流隔離。

包括我上述提及的系統(tǒng)在內，許多系統(tǒng)需要通過隔離勢壘將電流和電壓信息從一個電源域傳輸?shù)搅硪粋€電源域，以便進行監(jiān)視和控制。那么如何在隔離勢壘上傳輸模擬信息呢？答案是使用隔離放大器和隔離模數(shù)轉換器（ADCs），后者也被稱為隔離δ-Σ調制器。

設計這些系統(tǒng)時，面臨的一大難題是如何為隔離放大器或ADC供電。通常來說，它們需要兩個電源——高側電源和低側電源（在圖1的左圖分別顯示為VDD1和VDD2）。低壓側通常由為數(shù)字控制器供電的相同電源供電，但許多系統(tǒng)的高側沒有可用的電源。這就意味著必須在高側設計分立的隔離電源（但這會增加解決方案尺寸、物料清單［BOM］數(shù)量和解決方案成本），從而增加設計和印刷電路板（PCB）布局的復雜性。

為解決這一設計難題，我們開發(fā)了一系列可使用低側電源工作的隔離放大器和ADC。圖1所示為需要兩個電源（左）的標準隔離轉換器和可使用單電源（右）工作的AMC3301系列之間的差異。

圖1：傳統(tǒng)隔離放大器與單電源隔離放大器

這些新器件包括一個全集成DC/DC轉換器級，可在內部產生高側電源。這種DC/DC轉換器的架構經過優(yōu)化，可從高側低壓差調節(jié)器（LDO）輸出引腳（通常表示為HLDOOUT）為輔助電路（如有源濾波器、前置放大器或比較器）提供高達1mA的額外直流電流。

基于分流器的電流感應提供高精度。

單電源操作如何簡化設計

單電源工作的優(yōu)勢包括：

解決方案尺寸更小、物料清單（BOM）減少、系統(tǒng)成本更低。集成的DC/DC轉換器不再需要分立電源（如專用隔離電源）以及專用變壓器、變壓器驅動器和LDO的組合。這種集成可為空間受限的應用創(chuàng)建緊湊的系統(tǒng)設計，并可減少BOM數(shù)量，降低系統(tǒng)成本。

有助于簡化設計和布局。無需擔心是否能夠使用高側電源，可更輕松地設計基于分流器的高精度電流和電壓感應。你可以：

通過消除對集中式電源的需求，可借助模塊化PCB設計實現(xiàn)更高的復用率。

實現(xiàn)具有更少走線和更少電源布線的雙層電路板設計。

在無共用中性線的多相系統(tǒng)中進行相間電壓測量時，降低設計復雜性。你可以消除原本需要的分立隔離電源。

分流器布置的靈活性。在傳統(tǒng)架構中，高側電源決定了分流器布置，這可能會導致寄生效應。例如，將柵極驅動器電源用作高側電源時，分流器不能總是置于靠近開關管腳的位置。這種非最佳的布置可能會增加與分流器串聯(lián)的寄生電感，這會在功率級切換期間在放大器的輸入端引起共模干擾，進而導致測量不精確。使用AMC3301系列時，由于采用了集成電源，寄生電感不會影響測量精度。

TI的產品組合

圖3總結了TI的隔離放大器和ADC產品組合。左側所示為需要雙電源的傳統(tǒng)器件；右側所示為單電源工作的器件。

圖2：TI隔離放大器和調制器（ADC）產品組合。

以下是基于應用的AMC3301系列的所有選件。

電流感應：

AMC3301：±250mV輸入增強型隔離放大器。

AMC3301-Q1：汽車電子理事會（AEC）-Q100認證的±250mV輸入增強型隔離放大器。

AMC3302：±50mV輸入增強型隔離放大器。

AMC3306M25：±250mV輸入增強型隔離調制器（ADC）。

電壓感應：

AMC3330：±1-V輸入增強型隔離放大器。

AMC3330-Q1：AEC-Q100認證的±1-V輸入增強型隔離放大器。

有沒有可能在簡化設計的同時，實現(xiàn)緊湊的外形尺寸，還不影響性能？答案是可能的。當你準備開始設計時，TI的應用專家將在此回答您在德州儀器在線支持論壇中可能遇到的任何問題。
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