ZHCT883 December 2024 AMC1411
在电机驱动、光伏逆变、轨道交通领域里有大量隔离电压采集需求，隔离运放、隔离ADC等器件被广泛应用于隔离电压采集信号链的最前端，AMC1411是TI新推出的一款精密单端输入隔离放大器，其具有±0.05%(typ)的增益误差、0.1mV(typ)失调误差，高达1GΩ的输入阻抗和0~2V的宽输入电压范围，该器件非常适合应用于精密隔离电压采集。内部输出与输入电路由抗电磁干扰性能极强的电容隔离层隔开。该隔离层经认证可提供高达 7.5kVRMS 的增强型电隔离，符合VDE V 0884-11 和 UL1577 标准，并且可支持最高 1600VRMS 的工作电压，图1所示为AMC1411内部框图。
图 1 AMC1411内部框图在AMC1411的设计考虑中，一个很重要的参数为线性输入电压范围，如图2所示，AMC1411线性模拟输入范围为-0.1V~2V，在该范围内输出电压和输入电压的增益保持为1V/V，输入信号超出该范围则器件不工作在线性区，如果高于2.516V时则输出发生斩波。
图 2 AMC1411线性输入范围在实际应用中会有需要隔离测量正负电压的需求，此时AMC1411正2V的线性输入范围成了局限，需要设计特定的电路来使得AMC1411适用于测量正负输入电压的应用场景。如图3所示为一个±3200V的隔离采样应用，分压电阻R1~Rx总值为3.2MΩ，使得流过976Ω采样电阻Rs的电流最大值为1mA，因此±3200V被缩小为Rs上的±0.976V，在此使用一颗能输出1.024V基准电压的基准源芯片LM4140为负输入电压提供偏置。最后±3200V的待测信号通过分压电阻网络衰减、以及基准电压的移位后转换为0.048V~2V给到AMC1411模拟输入端，AMC1411输出信号为叠加在1.44V共模电压上的0.048~2V差分电压。
图 3 AMC1411应用于±3200V隔离采样以上过程已经实现了将AMC1411用于负压信号采集，但此时输出信号为差分信号，为方便后续信号调理，需要加一级运放将差分信号转为单端信号，图4为AMC1411数据手册推荐的差分转单端电路。
图 4 差分转单端电路输入信号为±3200V的对称双极性信号，工业现场中电流信号传输相比电压信号更不易受干扰，一些应用要求将双极性电压信号转换为双极性电流信号，在此介绍一种实现电路，原理框图如图5所示，仪表放大器INA826增益配置为1，输入为反相输入方式，选择同样的LM4140生成1.024V基准作为INA826的参考，INA826将0.048V~2V的差分信号转换为0.976V~-0.976V的单端信号，该单端信号送入到由OPA551搭建而成的HOWLAND恒流源完成压流转换，增益系数为12.2V/A，至此整个电路完成了±3200V至±80mA的测量转换。
图 5 ±3200V转±80mA双极性压流转换电路在TINA中搭建图6中的电路模型进行仿真，仿真结果表明该电路符合设计预期。
图 6 TINA电路模型与仿真结果参考文献
- AMC1411 datasheet
- INA826 datasheet
- OPA551 datasheet
- 《TI电路设计指导手册：运算放大器》
- 《AN-31 放大器电路集合》 ZHCAAB7D