PFC電流隔離采樣電路的工作原理

圖1 H橋PFC主電路拓?fù)?/p>

由于在該拓?fù)鋺?yīng)用中，DSP的控制地通常和輸入電流檢測信號(hào)不共地，因此需要該單元電路解決電流隔離檢測和小信號(hào)放大問題。

圖2 AMC1301DWVR運(yùn)放電路

圖3 DSP端口的RC濾波

電路圖說明：

1. PFCCURR1和AGND_N是從PFC分流器直接引出的電流檢測小信號(hào)。

1. PFCCURRSAMP3和PFCCURRSAMP4是經(jīng)過電流隔離檢測并放大后，送入控制板的差分電流采樣信號(hào)。

2. PFCCURRSAMP1和PFCCURRSAMP2是對PFCCURRSAMP3和PFCCURRSAMP4低通濾波和鉗位后，送入DSP-ADC的差分電流采樣信號(hào)。

3. 第一級(jí)低通濾波R409和C407是對分流器采樣信號(hào)進(jìn)行濾波；

第二級(jí)濾波是對隔離運(yùn)放的輸出進(jìn)行濾波，該參數(shù)的選擇與電路是否用于OCP保護(hù)有關(guān)；

第三級(jí)R423/C414以及R414/C409是位于控制板上的，目的是濾除信號(hào)在傳輸過程中的干擾；

4.R415與R416的分壓作用

如圖2，在隔離運(yùn)放輸出上有兩個(gè)分壓電阻R415/R416。其主要用于兼容不同共模輸出電壓的隔離運(yùn)放的，其主要目的是調(diào)整隔離運(yùn)放到DSP-ADC口的增益，用于滿足ADC采樣口0-3.2V的采樣范圍。

工作原理

如圖2所示，PFC電感電流在分流器上產(chǎn)生壓降，經(jīng)過差分采樣檢出電流小信號(hào)PFCCURR1 (相對于AGND_N)。由于AGND_N與控制地AGND非等電位，電流信號(hào)PFCCURR1-AGND_N通過隔離運(yùn)放U402，轉(zhuǎn)換為差分放大信號(hào)(PFCCURRSAMP3和 PFCCURRSAMP4)。該信號(hào)再經(jīng)過低通濾波和鉗位后，送入DSP –ADC進(jìn)行相減操作，得到放大了K倍的PFC電感電流信號(hào)。

K值由分流器阻值、隔離運(yùn)放增益、后級(jí)分壓倍數(shù)決定以及ADC轉(zhuǎn)換系數(shù)決定。一般情況下，DSP的ADC電壓基準(zhǔn)為3.2V，因此采樣范圍0~3.2V。選擇電流采樣分流器時(shí)需要結(jié)合和隔離采樣運(yùn)放輸入范圍（以AMC1301為例：可采樣范圍±302.7mV，最佳線性范圍±250mV）、ADC轉(zhuǎn)換系數(shù)等綜合考慮。

分流器選擇

選擇合適的PFC分流器需兼顧阻值、功耗、溫漂、容差、安裝方式，抗沖擊能力及成本，同時(shí)還要考慮電流檢測信號(hào)的走線方式，以獲得盡可能高的采樣精度和共模抑制能力。具體解釋如下：

1、分流器阻值過大，會(huì)引入較大的功耗。另一方面，阻值選取時(shí)不能使最大采樣信號(hào)超過TI-AMC1301的最大允許輸入范圍(±302.7mV)。反過來，阻值如果太小，也會(huì)帶來諸多問題，例如：

(a) 器件可選擇性差，用量小成本高；

(b) 采樣信號(hào)較低，沒有充分利用隔離運(yùn)放的有效輸入范圍，且信噪比太低，容易受共模噪聲及輸入失調(diào)電壓影響。

(c) 當(dāng)阻值降低到一定程度，上錫飽滿度及焊接電阻對采樣精度和溫漂的影響逐漸顯現(xiàn)，對焊接工藝和焊接質(zhì)量、器件封裝等有更高要求。

2、分流器功耗過大，對于散熱條件較差的表貼膜式分流器，影響可靠性。而對于插件分流器，容易造成發(fā)熱嚴(yán)重，阻值漂移，影響精度。

3、 為保證高精度采樣，對于插件式分流器，推薦采用低溫漂的錳銅材料。表貼分流器溫漂系數(shù)不同廠家可能有差別，同系列材質(zhì)不同也有差異，選型時(shí)需留意。另外，對高頻開關(guān)電流采樣，分流器還應(yīng)具有低寄生電感，以降低感應(yīng)電壓對高頻小幅值采樣信號(hào)的影響。

4、分流器的初始容差可經(jīng)過生產(chǎn)校準(zhǔn)消除，從采樣精度和成本考慮，精度一般為1%。

5、 安裝方式需考慮生產(chǎn)效率、散熱、焊接方式及占板面積。

6、 由于分流器得到的采樣信號(hào)很弱，PCB布線時(shí)需特別注意避開電感、變壓器等強(qiáng)騷擾源，同時(shí)減小回路面積，推薦使用凱文接線。分流器和隔離運(yùn)放應(yīng)盡可能靠近，縮短傳輸路徑。

7、PFC分流器一般與交流輸入相連，在雷擊或浪涌時(shí)分流器會(huì)流過大電流，需考慮器件的抗沖擊能力和脈沖降額，推薦優(yōu)選金屬分流器，慎用表貼膜式器件。

隔離運(yùn)放選擇

隔離運(yùn)放是實(shí)現(xiàn)采樣信號(hào)初始放大、隔離傳輸?shù)年P(guān)鍵器件，其特性、外圍電路和走線對于保證高采樣精度和高CMTI至關(guān)重要。選型時(shí)主要考慮以下幾項(xiàng)指標(biāo)：

1） 輸入/輸出電壓范圍

2）增益及其偏差

3）增益、非線性度、失調(diào)電壓及各自的溫漂系數(shù)

4）輸入偏置電流

5） PFC開關(guān)頻率和隔離運(yùn)放的帶寬(主要影響相位延遲)

6）最大工作隔離電壓VIORM。

7）共模抑制比和共模瞬變抑制力