GERY022 December   2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1

 

  1.   1
  2.   Einführung
  3.   Einführung in die isolierte Signalkette
    1.     Vergleich isolierter Verstärker und isolierter Modulatoren
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung in isolierte Verstärker
      3.      Einführung in isolierte Modulatoren
      4.      Leistungsvergleich zwischen isolierten Verstärkern und isolierten Modulatoren
      5.      Isolierte Modulatoren in Traktionsumrichtern
      6.      Isolierte Verstärker und Modulatoren, Empfehlungen
      7.      Fazit
    2.     Die ersten Isolationsverstärker von TI mit extrem breiten Luft- und Kriechstrecken
      1.      Anwendungshinweis
  4.   Auswahlbäume
  5.   Strommessung
    1.     Shunt-Widerstandsauswahl für isolierte Datenwandler
      1.      17
    2.     Designüberlegungen für die isolierte Strommessung
      1.      19
      2.      Fazit
      3.      Quellennachweise
      4.      Verwandte Websites
    3.     Isolierte Strommessschaltung mit ±50 mV-Eingang und unsymmetrischem Ausgang
      1.      24
    4.     Isolierte Strommessschaltung mit ±50 mV-Eingang und Differenzausgang
      1.      26
    5.     Isolierte Strommessschaltung mit ±250 mV Eingangsbereich und unsymmetrischer Ausgangsspannung
      1.      Designziele
      2.      Designbeschreibung
      3.      Designhinweise
      4.      Designschritte
      5.      Design-Simulationen
      6.      DC-Simulationsergebnisse
      7.      Ergebnisse der AC-Simulation im geschlossenen Regelkreis
      8.      Ergebnisse der Transienten-Simulation
      9.      Designreferenzen
      10.      Design empfohlener isolierter Verstärker
      11.      Design Alternativer Isolierter Verstärker
    6.     Isolierter Strommessschaltkreis mit ±250 mV-Eingang und Differenzausgang
      1.      Designziele
      2.      Designbeschreibung
      3.      Designhinweise
      4.      Designschritte
      5.      Design-Simulationen
      6.      DC-Simulationsergebnisse
      7.      Ergebnisse der Closed-Loop-AC-Simulation
      8.      Ergebnisse der Transienten-Simulation
      9.      Designreferenzen
      10.      Vorgestellte Operationsverstärker
      11.      Design alternativer Operationsverstärker
    7.     Isolierter Überstromschutzschaltkreis
      1.      52
    8.     Anschluss eines Differenzialausgangsverstärkers (isoliert) an einen A/D-Wandler mit unsymmetrischem Eingang
      1.      54
    9.     Verwendung von AMC3311 zur Stromversorgung des AMC23C11 für isolierte Sensorik und Fehlererkennung
      1.      Anwendungshinweis
    10.     Isolierte Strommessschaltung mit Frontend-Verstärkungsstufe
      1.      58
    11.     Genauigkeitsvergleich von isolierten Shunt- und Geschlossener Regelkreis-Strommessungen
      1.      60
  6.   Spannungserfassung
    1.     Maximieren Sie die Leistungswandlung und die Wirksamkeit der Motorsteuerung durch isolierte Spannungserfassung
      1.      63
      2.      Lösungen zur Hochspannungserfassung
      3.      Integrierte Widerstandsbausteine
      4.      Unsymmetrische Ausgangsspannung
      5.      Anwendungsfälle für integrierte isolierte Spannungserkennung
      6.      Fazit
      7.      Weitere Ressourcen
    2.     Höhere Genauigkeit und Leistung mit integrierten isolierten Verstärkern und Modulatoren mit Hochspannungswiderstand
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Vorteile von isolierten Verstärkern und Modulatoren mit Hochspannungswiderstand
        1.       Platzsparend
        2.       Verbesserte Temperatur- und Lebensdauerdrift von integrierten HV-Widerständen
        3.       Ergebnisse mit hoher Genauigkeit
        4.       Beispiel für vollständig integrierte Widerstände vs. Zusätzlicher externer Widerstand
        5.       Bausteinauswahlbaum und gängige AC/DC-Anwendungsfälle
      4.      Zusammenfassung
      5.      Quellennachweise
    3.     Isolierte Verstärker mit differenziellen, unsymmetrischen Festverstärkern und ratiometrischen Ausgängen für Spannungssensoranwendungen
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Übersicht über differenzielle, unsymmetrische und ratiometrische Ausgänge mit fester Verstärkung
        1.       Isolierte Verstärker mit Differenzausgang
        2.       Isolierte Verstärker mit unsymmetrischem Ausgang mit fester Verstärkung
        3.       Trennverstärker mit unsymmetrischem, ratiometrischem Ausgang
      4.      Anwendungsbeispiele
        1.       Produktauswahlbaum
      5.      Zusammenfassung
      6.      Quellennachweise
    4.     Isolierte Spannungsmessschaltung mit ±250 mV-Eingang und Differenzausgang
      1.      93
    5.     Split-Tap-Verbindung für isolierte Line-to-Line-Spannungsmessung mit AMC3330
      1.      95
    6.     ±12 V-Spannungssensorschaltung mit isoliertem Verstärker und pseudo-differenziellem Eingang SAR-ADC
      1.      97
    7.     ±12 V-Spannungssensorschaltung mit isoliertem Verstärker und SAR-ADC mit Differenzeingang
      1.      99
    8.     Isolierter Schaltkreis zur Erkennung von Unter- und Überspannung
      1.      101
    9.     Isolierter Nulldurchgangsschaltkreis
      1.      103
    10.     Isolierter Spannungssensorschaltkreis mit ±480 V und Differenzausgang
      1.      105
  7.   EMI-Leistung
    1.     Beste EMI-Leistung in ihrer Klasse bei Strahlungsemissionen mit isolierten Verstärkern
      1.      Beste EMI-Leistung in ihrer Klasse bei Strahlungsemissionen mit isolierten Verstärkern
      2.      Einführung
      3.      Aktuelle Generation von isolierten Verstärkern von Texas Instruments Strahlungsemissionenleistung
      4.      Frühere Generationen von isolierten Verstärkern von Texas Instruments strahlen Störstrahlungsleistung aus
      5.      Fazit
      6.      Quellennachweise
    2.     Bewährte Methoden zur Dämpfung von EMI-Störstrahlungen der AMC3301-Familie
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Auswirkungen der Eingangsanschlüsse auf die Strahlungsemissionen der AMC3301-Familie
      4.      Dämpfung der Strahlungsemissionen der AMC3301-Familie
        1.       Ferritperlen und Gleichtaktdrosseln
        2.       Leiterplatten-Schaltpläne und bewährte Methoden für das Layout für die AMC3301-Familie
      5.      Verwendung mehrere AMC3301-Geräte
        1.       Bausteinausrichtung
        2.       Bewährte Methoden für das Leiterplatten-Layout für mehrere AMC3301
      6.      Fazit
      7.      Tabelle der AMC3301-Familie
  8.   Endgeräte
    1.     Vergleich von isolierten Shunt- und Hall-basierten Strommesslösungen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen
      1.      128
    2.     Designüberlegungen für die Strommessung in DC-EV-Ladeanwendungen
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
        1.       DC-Ladestation für Elektrofahrzeuge
        2.       Auswahl der Strommesstechnologie und äquivalentes Modell
          1.        Strommessung mit Shunt-basierter Lösung
          2.        Äquivalenzmodell der Sensortechnologie
      3.      Strommessung in AC/DC-Wandlern
        1.       Grundlegende Hardware und Steuerungsbeschreibung von AC/DC
          1.        AC Stromregelkreise
          2.        Gleichspannungsregelkreis
        2.       Punkt A und B – AC/DC AC-Phasenstrommessung
          1.        Auswirkungen der Bandbreite
            1.         Stationäre Zustandsanalyse: Grund- und Nulldurchgangs-Ströme
            2.         Transientenanalyse: Sprungleistung und Spannungseinbruchverhalten
          2.        Auswirkungen der Latenz
            1.         Fehleranalyse: Kurzschluss im Stromnetz
          3.        Auswirkungen des Verstärkungsfehlers
            1.         Spannungsstörung in AC/DC durch Verstärkungsfehler
            2.         AC/DC-Antwort auf durch Verstärkungsfehler verursachte Stromversorgungsstörung
          4.        Auswirkungen des Offset
        3.       Punkt C und D – AC/DC DC-Link-Strommessung
          1.        Auswirkungen der Bandbreite auf die Feed-Forward-Leistung
          2.        Auswirkungen der Latenz auf den Schutz der Leistungsschalter
          3.        Auswirkungen des Verstärkungsfehlers auf die Leistungsmessung
            1.         Transientenanalyse: Feed Forward in Punkt D
          4.        Auswirkungen des Offset
        4.       Zusammenfassung der positiven und negativen Punkte an den Punkten A, B, C1/2 und D1/2 sowie Produktvorschläge
      4.      Strommessung in DC/DC-Wandlern
        1.       Grundlegendes Funktionsprinzip eines isolierten DC/DC-Wandlers mit Phasenverschiebungssteuerung
        2.       Punkt E, F – DC/DC-Strommessung
          1.        Auswirkungen der Bandbreite
          2.        Auswirkungen des Verstärkungsfehlers
          3.        Auswirkung des Offsetfehlers
        3.       Punkt G – DC/DC-Tankstrommessung
        4.       Zusammenfassung der Sensorpunkte E, F, G und Produktvorschläge
      5.      Fazit
      6.      Quellennachweise
    3.     Verwendung isolierter Komparatoren zur Fehlererkennung in Elektromotorantrieben
      1.      Einführung
      2.      Einführung in Elektromotorantriebe
      3.      Verständnis von Fehlerereignissen in Elektromotorantrieben
      4.      Zuverlässige Erkennung und Schutz in Elektromotorantrieben
      5.      Anwendungsfall Nr. 1: Bidirektionale Phasenüberstromerkennung
      6.      Anwendungsfall Nr. 2: DC+-Überstromerkennung
      7.      Anwendungsfall Nr. 3: DC–Überstrom- oder Kurzschlusserkennung
      8.      Anwendungsfall Nr. 4: DC-Link (DC+ zu DC-) Überspannungs- und Unterspannungserkennung
      9.      Anwendungsfall Nr. 5: Übertemperaturerkennung des IGBT-Moduls
    4.     Diskrete DESAT für optokompatible isolierte Gate-Treiber UCC23513 in Motorantrieben
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Systemherausforderung bei isolierten Gate-Treibern mit integriertem DESAT
      4.      Systemansatz mit UCC23513 und AMC23C11
        1.       Systemübersicht und Schlüsselspezifikation
        2.       Schaltplandesign
          1.        Schaltplan
          2.        Konfigurieren des VCE(DESAT)-Schwellenwerts und des DESAT-Bias-Strom
          3.        DESAT-Ausblendzeit
          4.        DESAT Deglitch-Filter
        3.       Referenz-Platinenlayout
      5.      Simulations- und Testergebnisse
        1.       Simulationsschaltung und Ergebnisse
          1.        Simulationsschaltung
          2.        Simulationsergebnisse
        2.       Testergebnisse mit 3-Phasen-IGBT-Inverter
          1.        IGBT-Bremsprüfung
          2.        Testergebnisse mit einem 3-Phasen-Inverter mit Phase-zu-Phase-Kurzschluss
      6.      Zusammenfassung
      7.      Quellennachweise
    5.     Isolierte Spannungserfassung in AC-Motorantrieben
      1.      Einführung
      2.      Fazit
      3.      Quellennachweise
    6.     Hochleistungsfähige isolierte Strom- und Spannungsmessung in Server-Netzteilen
      1.      Anwendungshinweis
  9.   Zusätzliche Referenzdesigns/Schaltkreise
    1.     Entwicklung einer Bootstrap-Ladepumpen-Stromversorgung für einen isolierten Verstärker
      1.      Zusammenfassung
      2.      Einführung
      3.      Bootstrap StromversorgungenDesign
        1.       Auswahl des Ladungspumpenkondensators
        2.       Simulation in TINA-TI
        3.       Hardware-Test mit AMC1311-Q1
      4.      Zusammenfassung
      5.      Referenz
    2.     Taktflankenverzögerungskompensation mit isolierten Modulatoren Digitale Schnittstelle zu MCUs
      1.      Zusammenfassung
      2.      Einführung
      3.      Design-Herausforderung durch Timing-Spezifikationen für digitale Schnittstellen
      4.      Designansatz mit Taktflankenverzögerungskompensation
        1.       Taktsignalkompensation mit Softwarekonfigurierbarer Phasenverzögerung
        2.       Taktsignalkompensation mit Hardware-konfigurierbarer Phasenverzögerung
        3.       Taktsignalkompensation durch Taktrückkehr
        4.       Taktsignalkompensation durch Taktumkehr an der MCU
      5.      Test und Validierung
        1.       Prüfausrüstung und Software
        2.       Testen der Taktsignalkompensation mit softwarekonfigurierbarer Phasenverzögerung
          1.        Testeinrichtung
          2.        Test-Messergebnisse
        3.       Testen der Taktsignalkompensation durch Taktumkehr an der MCU
          1.        Testeinrichtung
          2.        Test-Messergebnisse
            1.         Testergebnis – Keine Taktumkehr des Takteingangs bei GPIO123
            2.         Testergebnis – Taktumkehr des Takteingangs bei GPIO123
        4.       Validierung des Timings digitaler Schnittstellen durch Berechnungstool
          1.        Digitale Schnittstelle ohne Kompensationsmethode
          2.        Häufig verwendete Methode – Reduzierung der Taktfrequenz
          3.        Taktflankenkompensation Mit Software-konfigurierbarer Phasenverzögerung
      6.      Fazit
      7.      Quellennachweise
    3.     Verwendung von AMC3311 zur Stromversorgung des AMC23C11 für isolierte Sensorik und Fehlererkennung
      1.      Anwendungshinweis

Anwendungshinweis

Einführung

Fehlererkennung ist unverzichtbar in Anwendungen wie Motorantrieben, Servoantrieben, Onboard-Ladegeräten (OBCs), Strang-Invertern und Mikro-Invertern. Die Trennung des Hochspannungsbereichs und des Niederspannungsbereichs über eine Isolationsbarriere ermöglicht es dem System, mit verschiedenen Gleichtaktspannungen zu arbeiten. Der Hochspannungsbereich führt eine Funktion aus, während der Niederspannungsbereich Geräte steuert. Dadurch werden sowohl elektrische Schäden an der Niederspannungsschaltung als auch Verletzungen von Benutzern vermieden. Beim Betrieb mit hohen Gleichtaktspannungen ist die Erkennung von Fehlern wie Überspannung erforderlich. In diesem Dokument wird erläutert, wie der AMC3311 High-Side-Versorgungsstrom von HLDO_OUT zur Stromversorgung der Hochspannungsdomäne des isolierten Komparators AMC23C11 für ein kompaktes Fehlererkennungsdesign bereitstellen kann.

Der AMC3311 ist ein präziser, verstärkter, isolierter Verstärker. Dieser Baustein verfügt über einen Eingangsspannungsbereich von 0-2 V, eine Option für präzise isolierte Gleichspannungsmessungen, die den Regelkreis antreiben. Dieser Baustein verfügt über einen integrierten DC/DC-Wandler, der High-Side-Versorgungsstrom für Hilfsschaltungen von 4 mA unterstützt. Dies ermöglicht den Betrieb an einzelner Stromversorgung von der Low-Side bis zur High-Side des Bausteins sowohl für die Rückkopplungsmessung des AMC3311 als auch für die Überspannungsfehlererkennung des AMC23C11. Der AMC23C11 ist ein verstärkter isolierter Komparator mit schnellem Ansprechverhalten. Der Baustein kann für schnelle Überstrom- oder Überspannungserfassung mit einstellbarer Auslöseschwelle verwendet werden. Der Baustein benötigt einen High-Side-Versorgungsstrom von 2,7 mA. Der AMC3311 ist der erste isolierte Verstärker mit integriertem DC/DC-Wandler, der den Betrieb beider Bausteine als Paar in Anwendungen ermöglicht, die einen präzisen isolierten Verstärker für Steuerungsfunktionen und einen schnell wirkenden Komparator für Überstrom- oder Überspannungsschutz benötigen.

AMC3311 wird zur Stromversorgung des AMC23C11 verwendet

Das AMC3311 bietet eine isolierte Stromversorgung, die bis zu 4 mA über den HLDO_OUT-Pin für angeschlossene Komponenten bereitstellen kann, die eine High-Side-Stromversorgung benötigen. Diese Funktion ermöglicht direkt die Verwendung von isolierten Komparatoren mit höherer Leistung, wie zum Beispiel dem AMC23C11.

Der verfügbare Versorgungsstrom des AMC3311 ermöglicht die Verwendung eines breiteren Spektrums von Begleitbausteinen mit dem isolierten Verstärker. Abbildung 20 zeigt ein Beispielschaltbild zur Verwendung des AMC3311 zur Stromversorgung der Highside des AMC23C11. Im Schaltplan zeigt HLDO_OUT an Pin 5 auf dem AMC3311 eine Kurve, die bis VDD1 an Pin 1 des AMC23C11 reicht. Der isolierte Komparator vergleicht die Eingangsspannung mit der Referenzspannung an Pin drei. Das Bauteil zieht den Open-Drain-Ausgang herunter, wenn die Eingangsspannung den als Referenzspannung festgelegten Schwellenwert überschreitet. Die Schwellenspannung kann durch Ändern des Referenzwiderstands in Bezug auf die interne 100 μA-Stromquelle angepasst werden.

Darüber hinaus verfügt der AMC23C11 über eine Überspannungsreserve von 1,4 V. Die Schwellenspannung kann nicht höher sein als die Differenz zwischen 3,2 V-Eingang und 1,4 V-Reserve (1,8 V.). Ein Widerstand wird zwischen REF und GND1 platziert, um die Auslösespannung als 1,07 V zu definieren. Diese Overhead-Anforderung begrenzt die Schwellenspannung des isolierten Komparators auf einen niedrigeren Wert als die tatsächliche Grenzspannung des Verstärkers. Wenn beispielsweise die tatsächliche Grenzspannung auf dem Verstärker 2,14 V beträgt, kann der isolierte Komparator die Spannung nicht überwachen, weil die Spannung die Grenzen der Reserve-Überspannung überschreitet. Infolgedessen wird der RSNS-Wert in zwei gleiche Widerstände (RSNS1 und RSNS2) unterteilt, damit die Grenzspannung proportional zur Hälfte der Spannung ist, die der AMC3311 benötigt. Stattdessen zeigt der AMC23C11 1,07 V als Referenzspannung an.

Abbildung 21 zeigt ein Beispiel für ein Platinenlayoutbeispiel, das die Bausteine in Kombination führt.

AMC3311 und AMC23C11 SchaltplanAbbildung 164 AMC3311 und AMC23C11 Schaltplan
AMC3311 und AMC23C11 Leiterplatten-LayoutAbbildung 165 AMC3311 und AMC23C11 Leiterplatten-Layout

AMC23C11 für Überspannungserkennung

Abbildung 22 und Abbildung 23 zeigen die Überspannungsreaktionszeiten im AMC3311 bzw. AMC23C11. Bei Verwendung einer 3,2 V-Stromversorgung zeigt das Eingangssignal (CH4) den Spannungsanstieg über den 1,07 V-Überspannungsschwellenwert.

Die Reaktionszeit auf den Kanälen AMC3311, VOUTP (CH2) und VOUTN (CH1) beträgt 2,906 μs, während die Reaktionszeit auf dem AMC23C11, OUT (CH3), 314,015 ns beträgt. Der Verstärker nimmt mehr als das Neunfache der Länge ein, die der isolierte Komparator zur Erkennung von Überspannung benötigt. Diese Zeitverzögerung kann für Anwendungen mit kurzer Latenzzeit zu lang sein. Als Ergänzung zum AMC3311-Verstärker kann der isolierte Komparator verwendet werden, um eine Überspannung zu verhindern, da der Komparator schnell Spannungen erkennt, die über dem festgelegten Schwellenwert liegen. Dadurch wird der Controller benachrichtigt, alle betroffenen Elektronikgeräte abzuschalten, was eine höhere Sicherheit und Zuverlässigkeit in Hochspannungsanwendungen bietet.

AMC3311 Timing-Wellenform für ÜberspannungsantwortAbbildung 166 AMC3311 Timing-Wellenform für Überspannungsantwort
AMC23C11 Timing-Wellenform für ÜberspannungsantwortAbbildung 167 AMC23C11 Timing-Wellenform für Überspannungsantwort

Fazit

Der AMC3311 ist ein isolierter Verstärker mit einer High-Side-Stromversorgung, der zur Speisung von zusätzlichen Sensorschaltungen genutzt werden kann. Der Baustein kann externe Geräte auf der Highside mit bis zu 4 mA versorgen und ist kompatibel mit isolierten Hochgeschwindigkeitskomparatoren wie dem AMC23C11. Dieser Komparator bietet den Vorteil einer erheblich schnelleren Ansprechzeit, um einen Überspannungsschutz zu ermöglichen. Die Kombination von AMC3311 und AMC23C11 kann für Spannungs- und Strommessanwendungen eine nützliche Option sein.