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

Einführung

Verschiedene Industrie- und Automobilanwendungen wie On-Board-Ladegeräte, Solarwechselrichter, DC-Ladestationen (Säulen), Stromwandlungssystemeund Motorantriebe erfordern eine Isolierung, um die digitale Schaltung vor dem Hochspannungskreis zu schützen, der eine Messung durchführt. Zwei Möglichkeiten zur Durchführung der isolierten Strommessung für diese Anwendungen sind isolierte Shunt-basierte und magnetische (Hall- oder Flux-Gate) basierte Sensorik. In diesem Dokument wird der isolierte Verstärker Texas Instruments AMC3302 mit einzelner Stromversorgung mit einem beliebten Stromsensor mit geschlossenem Regelkreis verglichen (CLCS).

Technologie-Übersicht

Isolierte shunt-basierte StrommessungAbbildung 24 Isolierte shunt-basierte Strommessung. Bei der isolierten Shunt-basierten Strommessung wird die Spannung an einem präzisen Inline-Widerstand, dem so genannten Shunt-Widerstand, gemessen.

Der Shunt-Widerstand muss sehr genau sein, damit die erwartete Spannung für den gelieferten Strom erzeugt wird, da jede Variation des erwarteten Widerstands direkt zu einem Verstärkungsfehler beiträgt. Der Vorteil der Shunt-basierten Strommessung besteht darin, dass sie branchenführende Genauigkeit, Immunität gegen magnetische Störungen, Skalierbarkeit und geringe Größe ermöglicht.

Hall-Basierter Sensor Mit Geschlossenem RegelkreisAbbildung 25 Hall-Basierter Sensor Mit Geschlossenem Regelkreis. Der CLCS verwendet einen Magnetkern zur Messung des Magnetfelds, das von dem Strom erzeugt wird, der durch den Primärleiter läuft. Das im CLCS enthaltene Magnetfeld-Sensorelement wird dazu verwendet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der auf den Magnetkern angelegt wird. Dieser Kompensationsstrom erzeugt einen Fluss von gleicher Größe, jedoch in die entgegengesetzte Richtung des vom Primärleiter erzeugten Flusses. Dadurch wird ein Fluss von Null gemessen. Magnetische Strommessung ist anfällig für magnetische Interferenzen, die sich auf die Offset- und Linearitätsleistung des Bausteins auswirken können.

Weitere Informationen zum Vergleich der beiden Technologien finden Sie hier.

Test-Einrichtung

AMC3302 Blockschaltbild der Schaltkreis- und CLCS-Test-EinrichtungAbbildung 26 AMC3302 Blockschaltbild der Schaltkreis- und CLCS-Test-Einrichtung. Es wurde eine Testeinrichtung erstellt, um die Leistung dieser beiden Technologien direkt zu vergleichen. Daten wurden mit einer Gleichstromquelle, einer elektronischen Last und digitalen Multimetern für eine +/–85 A-fache Primärstromansteuerung bei drei verschiedenen Temperaturen – 40 °C, 25 °C und 85 °C – erfasst. Alle Messungen wurden gemäß IEEE488 automatisiert.

Bitte beachten Sie, dass der für die AMC3302-Schaltkreismessung verwendete 500 µΩ Shunt 1 und der für die Kontrollmessung verwendete 500 µΩ Shunt 2 keinen Änderungen der Umgebungstemperatur unterzogen wurden, weshalb der Shunt-Temperaturdrift-Fehler nicht in dieser Analyse berücksichtigt wird. Beide Shunts sind für eine Toleranz von ±0,25 %, einen Temperaturkoeffizienten von ±15 ppm/ °C und eine Verlustleistung von 20 W ausgelegt.

AMC3302 SchaltplanAbbildung 27 AMC3302 Schaltplan.

Der nachstehende Schaltplan zeigt die AMC3302 - und TLV6002- Schaltung, die für den Genauigkeitsvergleich verwendet werden. Kanal 1 des TLV6002 wurde verwendet, um eine über einen Widerstandsteiler erzeugte Referenzspannung zu puffern, während der Differenzausgang des AMC3302 über Kanal 2 von differenziell auf unsymmetrisch umgewandelt wurde. Somit hat der AMC3302-Schaltkreis eine identische Schnittstelle wie der CLCS; VDD, GND, VREF und VOUT.

AMC3302 LeiterplatteAbbildung 28 AMC3302 Leiterplatte.

Unten sehen Sie die AMC3302-Leiterplatte (PCB). Die Leiterplatte wurde so konzipiert, dass die AMC3302-Schaltung auf dieselbe x-/y-Fläche wie der CLCS passt, 13,4 mm x 21,9 mm. Die AMC3302-Platine ist in Bezug auf die Höhe viel kleiner; 2,6 mm im Vergleich zu 16 mm beim CLCS, eine Reduzierung der Höhe um 84 %.

Genauigkeitsvergleich

Abbildung 6 zeigt die Genauigkeitsergebnisse für die +/–85 A-Primärstromabtastung über die Temperatur in Bezug auf Fehler als Prozentsatz des Vollausschlags nach einer 25 °C-Offset-Kalibrierung. Die Ergebnisse der AMC3302-Schaltung werden in Rottönen und der CLCS in Blau angezeigt. Die AMC3302-Schaltung arbeitet sehr genau über den gesamten Strom- und Temperaturbereich ohne Verstärkungskalibrierung, besser als 0,1 %. Der CLCS weist im Vergleich zur AMC3302-Schaltung eine schlechtere Verstärkungsfehler-Drift und Linearitätsleistung auf, was zu einem Gesamtfehler von mehr als 0,5 % führt. Die AMC3302-Schaltung bietet eine Genauigkeitsverbesserung von mehr als 5x im Vergleich zum CLCS über den gesamten Strom- und Temperaturbereich.

Genauigkeitsvergleich für AMC3302-Schaltungen und Stromsensoren im geschlossenen Regelkreis nach Offset-KalibrierungAbbildung 29 Genauigkeitsvergleich für AMC3302-Schaltungen und Stromsensoren im geschlossenen Regelkreis nach Offset-Kalibrierung.

Unten ist eine Vergleichstabelle der absoluten maximalen Fehler dargestellt.

Temperatur

40 °C

25 °C

85 °C

AMC3302 Schaltkreis

-0,077 %

-0,029 %

0,035 %

CLCS

-0,356 %

-0,492 %

-0,573 %

Fazit

Die nachstehende Tabelle fasst den Vergleich der AMC3302-Schaltung und des CLCS zusammen. Bei Systemen, die eine branchenführende Genauigkeit erfordern, bietet die AMC3302-Schaltung einen klaren Vorteil im Vergleich zum CLCS. Die Größe der AMC3302-Schaltung, die für diesen Vergleich verwendet wird, ist gleich groß in Bezug auf x- und y-Abmessungen, und zeigt einen klaren Vorteil in Bezug auf die Höhe, z. Der AMC3302-Schaltkreis bietet außerdem Immunität gegen magnetische Störungen und Skalierbarkeit.

AMC3302 Schaltkreis

CLCS

Genauigkeit

++

+

Größe

+

–

Magnetische Immunität

++

--

Skalierbarkeit

++

–

Einfaches Design

+

++