【導讀】隨著(zhù)高電壓汽車(chē)和工業(yè)設計的發(fā)展，人們對于精確、安全和高能效的電隔離電壓檢測設計的需求日益增長(cháng)。AMC038x 產(chǎn)品系列是一組隔離式放大器和調制器，具有更高精度、增強集成和更強功能，可滿(mǎn)足這些要求。與使用外部電阻分壓器的傳統設計相比，這些器件采用集成高壓 (HV) 電阻，因此設計尺寸大大減小。要將電壓降至 1V 或 2V 電平，外部高壓電阻分壓器可能尺寸很大且成本高昂。此外，與分立式電阻相比，集成電阻具有非常低的溫度漂移和使用壽命漂移。因此，AMC038x 產(chǎn)品能夠在整個(gè)溫度范圍和使用壽命內實(shí)現低于 1% 的精度，并且無(wú)需校準。
本應用手冊介紹了用于高壓檢測的全新 AMC038x 器件系列，包括具有集成電阻分壓器的電隔離放大器和調制器，并重點(diǎn)介紹了其優(yōu)勢和常見(jiàn)用例。
簡(jiǎn)介
隨著(zhù)高電壓汽車(chē)和工業(yè)設計的發(fā)展，人們對于精確、安全和高能效的電隔離電壓檢測設計的需求日益增長(cháng)。AMC038x 產(chǎn)品系列是一組隔離式放大器和調制器，具有更高精度、增強集成和更強功能，可滿(mǎn)足這些要求。與使用外部電阻分壓器的傳統設計相比，這些器件采用集成高壓 (HV) 電阻，因此設計尺寸大大減小。要將電壓降至 1V 或 2V 電平，外部高壓電阻分壓器可能尺寸很大且成本高昂。此外，與分立式電阻相比，集成電阻具有非常低的溫度漂移和使用壽命漂移。因此，AMC038x 產(chǎn)品能夠在整個(gè)溫度范圍和使用壽命內實(shí)現低于 1% 的精度，并且無(wú)需校準。
高電壓電阻隔離式放大器和調制器的優(yōu)勢
與使用外部電阻分壓器電壓檢測器件的標準 2V 輸入相比，AMC038x 產(chǎn)品系列具有許多優(yōu)勢，包括提高精度并減小布板空間。
1.節省空間
圖 1：節省布板空間
電流分立式高壓電阻會(huì )占用 PCB 上的大部分空間。通常，單個(gè)電阻的壓降受限于制造商,由于板級可靠性問(wèn)題，客戶(hù)傾向于選擇尺寸較小的電阻。因此，系統可能需要多達 15 個(gè)高壓電阻來(lái)降低電壓并維持系統的隔離額定值。相比之下，AMC038x 產(chǎn)品系列將高壓電阻集成到器件中，相當于使設計更簡(jiǎn)單、更小巧。這在高壓輸入和下一個(gè)最近的引腳之間提供了 8mm 爬電距離和間隙距離。如圖 1 所示，設計尺寸減小了 50% 以上，并大大減少了 BOM 數量。
2.集成高壓電阻的溫度漂移和使用壽命漂移更低
除了節省空間之外，集成高壓電阻分壓器還可提高精度。以往采用外部電阻的設計具有更高的溫度漂移和使用壽命漂移；省去外部電阻可以消除大部分總誤差。更具體地說(shuō)，外部電阻的溫度漂移會(huì )隨時(shí)間推移越來(lái)越嚴重。通常，外部電阻分壓器在分壓器的上半部分使用高壓電阻，在分壓器的下半部分使用低壓 (LV) 電阻。這些低壓電阻通常具有不同的類(lèi)型、結構或材料。集成電阻分壓器對上電阻和下電阻使用相同的材料，因此溫度系數非常低。電阻分壓器的任何剩余誤差隨后都會(huì )在生產(chǎn)中得到校準，這實(shí)際上完全消除了電阻分壓器誤差?？紤]以下示例：
圖 2：外部電阻設計
圖 3：集成電阻設計
外部電阻最壞情況下的漂移誤差：
集成電阻最壞情況下的漂移誤差：
由于外部電阻可以朝相反方向變化，這相當于總信號鏈誤差的 2/3 以上，額外增加 1%。因此，與高壓集成電阻產(chǎn)品不同，外部電阻設計很難在整個(gè)溫度范圍和使用壽命內實(shí)現低于 1% 的精度。
3.精度結果
圖 4：總輸出基準誤差百分比與輸入電壓之間的關(guān)系
圖 5：總輸出基準誤差電壓與輸入電壓之間的關(guān)系
為了進(jìn)行說(shuō)明，圖 4 和圖 5 展示了 AMC038x 器件在整個(gè)溫度范圍內的典型精度。這兩張圖表明，AMC038x 在 100V 以上可實(shí)現低于 0.4% 的精度，并且無(wú)需系統級校準，即可在整個(gè)溫度范圍內實(shí)現 100V 輸入以下 0.5V 絕對誤差。保存校準例程可降低用于實(shí)現精確電壓測量應用的生產(chǎn)成本。
圖 6：MC038x 熱結果：12.5MΩ
此外，AMC0381D10 熱結果證明了該器件系列在極高電壓下的穩定性能。在 1000V 下，封裝的 θJA 熱阻為 107°C/W，預計溫升為 8°C，這與實(shí)驗室測量結果非常一致。這不僅可以接受，還證實(shí)了在較高環(huán)境溫度下的安全性能。
4.完全集成電阻與附加外部電阻示例
在車(chē)載充電器 (OBC) 應用中，精確的電壓測量和溫度范圍內的性能穩定至關(guān)重要。要使電池在使用數年后仍可完全充滿(mǎn)電，必須實(shí)現電池的完全充電狀態(tài)。Ergo、更高精度和低使用壽命漂移直接有助于這些系統的持續成功。這些原則也可以擴展到其他混合動(dòng)力汽車(chē)、能源基礎設施和電機驅動(dòng)應用。
一些應用也可以考慮添加外部電阻來(lái)手動(dòng)調整內部電阻分壓器的增益。這是可行的；但需要注意的是，這會(huì )重新引入在使用集成電阻器件時(shí)幾乎可以避免的溫度漂移和增益誤差。借助集成電阻，高壓和低壓電阻的增益漂移可以朝同一方向漂移，并在溫度范圍內保持穩定，實(shí)際微乎其微。當引入一個(gè)外部電阻 REXT 時(shí)，在最壞情況下，內部電阻和 REXT 的增益漂移會(huì )朝相反方向變化并對系統增加二次誤差。例如，如果用戶(hù)希望在 1000V 器件上檢測 1200V 電壓，該用戶(hù)可以考慮以下演示：
圖 7：增益誤差電阻分壓器變化原理圖
案例 1：在 1000V 器件上檢測 1000V (AMC0381R10)：
對于 1000V 器件：RHV = 12.5MΩ；RSNS = 12.5kΩ。集成電阻容差為 ±20%。高壓和低壓電阻 RHV 和 RSNS 朝相同方向漂移。SNSP 引腳上的標稱(chēng)電阻分壓器電壓：
SNSP 引腳上的最大電阻分壓器電壓：
輸出基準增益誤差：
如果未能充分擴大滿(mǎn)量程輸入范圍，則會(huì )導致失調電壓誤差，進(jìn)而造成更大的滿(mǎn)量程誤差。有關(guān)詳細信息，請參閱隔離式電壓檢測計算器。
案例 2：使用 1000V 器件 (AMC0381R10) 檢測 1200V：
對于 1000V 器件：RHV = 12.5MΩ；RSNS = 12.5kΩ。該設計需要在 SNSP 和 AGND 之間包含一個(gè)外部電阻 REXT。這可能會(huì )對系統造成二次誤差，因此不建議這樣做。不得超過(guò)器件的絕對最大額定值。
集成電阻的容差為 ±20%，外部電阻的容差為 0.1%。在最壞情況下，REXT 的漂移方向可能會(huì )與 RHV 和 RSNS 相反。SNSP 引腳上帶外部電阻的標稱(chēng)電阻分壓器電壓：
SNSP 引腳上帶外部電阻的最大電阻分壓器電壓：
輸出基準增益誤差：
按原樣使用集成電阻器件不會(huì )引入任何可測量到的增益漂移。添加一個(gè)外部電阻來(lái)手動(dòng)調節這些器件的增益可能會(huì )引入額外誤差，最壞情況下會(huì )對總系統誤差增加 3.44% 的增益漂移誤差，因此不建議這樣做。
5.完全集成電阻與附加外部電阻示例
圖 8：AMC038x 選擇樹(shù)
表 1：交流電壓檢測用例
表 2：直流電壓檢測用例
AM038x 器件器具有四個(gè)固定比率選項，可提供四個(gè)不同的輸入電壓范圍：400V、600V、1000V 和 1600V。這些器件還具有三種不同的輸出類(lèi)型：差分模擬輸出、單端模擬輸出和數字位流調制器輸出（圖 8）。這些器件通過(guò)雙極輸入選項（表 1）支持交流電壓檢測，通過(guò)直流輸入選項（表 2）支持直流電壓檢測。
總結
AMC038x 產(chǎn)品系列尺寸更小、精度更高且易于集成，適用于各種應用的強大設計。集成高壓電阻可實(shí)現低于 1% 的行業(yè)領(lǐng)先精度，PCB 設計尺寸減小 50%，并且無(wú)需行末校準。這些改進(jìn)大大提升了這些隔離式放大器和調制器在混合動(dòng)力汽車(chē)、能源基礎設施和電機驅動(dòng)應用中的適用性。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
基于HK32C030的高效智能排風(fēng)扇解決方案揭秘！
可再生電力：道達爾能源將在15年內為意法半導體法國供電1.5億千瓦時(shí)
高密度電源模塊推動(dòng)主動(dòng)懸架技術(shù)日趨成熟
