GERA017 June   2022 AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1400 , AMC3301 , AMC3301-Q1 , TLV6002 , TLV9002

 

  1.   1
  2.   Designziele
  3.   Designbeschreibung
  4.   Designhinweise
  5.   Designschritte
  6.   Design-Simulationen
  7.   DC-Simulationsergebnisse
  8.   Ergebnisse der AC-Simulation im geschlossenen Regelkreis
  9.   Ergebnisse der Transienten-Simulation
  10.   Designreferenzen
  11.   Design empfohlener isolierter Verstärker
  12.   Design Alternativer Isolierter Verstärker

Designschritte

  1. Bestimmen Sie die Übertragungsgleichung anhand des Eingangsstrombereichs und der festen Verstärkung des Isolationsverstärkers.
    V O U T = I i n   × R s h u n t × 8.2
  2. Bestimmen Sie den maximalen Shunt-Widerstandswert.
    R S H U N T =   V i n M a x I i n M a x =   250 m V 10 A = 25 m Ω
  3. Bestimmen Sie die minimale Verlustleistung des Shunt-Widerstands.
    P o w e r   R S H U N T   =   I i n M a x 2 × R S H U N T = 100 A × . 025 Ω = 2.5 W
  4. Zur Anbindung an einen 3,3 V-A/D-Wandler können der AMC3301 und der TLV9002 beide mit 3,3 V-Versorgungsspannungen betrieben werden, sodass eine einzelne Stromversorgung verwendet werden kann.
  5. Kanal 1 von TLV9002 wird verwendet, um die 1,65 V-Gleichtaktspannung des unsymmetrischen Ausgangs von Kanal 2 einzustellen. Mit einer 3,3 V-Stromversorgung kann ein einfacher Widerstandsteiler verwendet werden, um 3,3 V auf 1,65 V zu teilen. Unter Verwendung von 1 kΩ für R2 kann R1 mit der folgenden Gleichung berechnet werden.
    R 1 =   V D D ×   R 2 V C M -   R 2 =   5 V ×   1000 Ω 2.5 V - 1000 Ω = 1000 Ω
  6. Der TLV9002 ist ein Rail-to-Rail-Operationsverstärker. Der Ausgang des TLV9002 kann jedoch maximal 55 mV von seinen Versorgungsschienen schwingen. Um diese Anforderung zu erfüllen, sollte der unsymmetrische Ausgang des TLV9002 von 55 mV auf 3,245 V (3,19 Vpk-PK) schwingen.
  7. Die Ausgänge VOUTP und VOUTN des AMC3301 sind 2,05 Vpk-pk, 180 Grad phasenverschoben und weisen eine Gleichtaktspannung von 1,44 V auf. Daher beträgt der Differenzausgang ±2,05 V oder 4,1 Vpk-pk.

    Damit die Ausgangsbeschränkungen von TLV9002 nicht unterschritten werden, muss die Ausgangsspannung von AMC3301 um den Faktor 3,19/4,1 gedämpft werden. Bei R3 = R4 und R5 = R6kann für die Berechnung von R 5 und R6 die folgende Übertragungsfunktion für die Differenzstufe zur unsymmetrischen Stufe verwendet werden.

    V O U T _ T L V =   V O U T P - V O U T N × R 5,6 R 3,4 + V C M  
  8. Unter Verwendung des zuvor berechneten Ausgangsspannungshubs des TLV9002 und wenn R3 und R4 auf 10 kΩ gesetzt werden, können R5 und R6 mit der folgenden Gleichung auf 7,78 kΩ berechnet werden.
    3.245 =   2.465 V - 415 m V × R 5,6 10 k Ω + 1.65

    Mit standardmäßigen Widerstandswerten von 0,1 % kann ein 7,77 kΩ verwendet werden. Dadurch wird ein maximaler Ausgangsspannungshub innerhalb der Grenzen des TLV9002 erreicht.

  9. Die Kondensatoren C1 und C2 sind parallel zu den Widerständen R5 und R6 angeordnet, um den Inhalt hoher Frequenzen zu begrenzen. Bei R5 = R6 und C1 = C2 kann die Grenzfrequenz mit der folgenden Gleichung berechnet werden.
    f c =   1 2 × π × R 5,6 × C 1,2

    Wenn C1 = C2 = 1 nF und R5 = R6 = 7780 Ω, kann die Grenzfrequenz auf 20,45 kHz berechnet werden.

    f c =   1 2 × π × 7780 Ω × 1 n F = 20.45 k H z