JAJA779 April 2023 AMC1202 , AMC1302 , AMC1302-Q1 , AMC3302 , AMC3302-Q1
電流源 (公称値) | 電流源 (短絡) | 入力電圧 | 出力電圧 | 電源 | |||
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IIN MIN | IIN MAX | ISHORT | VSHUNT, MIN | VSHUNT, MAX | VOUT |
VDD1 | VDD2 |
±10mA |
±10A | ±200A | ±10µV | ±10mV | 55mV~3.245V |
5V |
3.3V |
サーキット ブレーカなどの一部のアプリケーションには、小さい公称電流を測定すると同時に、高い短絡電流に耐性のある回路が必要です。この回路設計資料では、±10mA〜±10A の公称負荷電流を正確に測定でき、最大 ±200A の短絡電流に耐性のある絶縁型電流センシング回路について説明します。この回路の出力は、MSP430 に統合されているような 3.3V のシングルエンド ADC で使用されることを想定しています。測定対象のライン電流と ADC との絶縁には、絶縁アンプ (AMC1302) を使用します。1mΩ シャント抵抗を使用すると、予測される最小公称電流から ±10μV の信号が生成されます。デルタ シグマ変調器にはデッド ゾーンがあるため、この信号はゼロ付近の電圧入力を正しく解決するには小さすぎます。この問題を解決するため、この回路は 2 チャネルのオペアンプ (TLV9002) を使用して、信号を 5V/V のゲインで増幅し、同相電圧を 1V に設定します。これにより、最小公称電流がデッドゾーン外になるだけでなく、最大公称電流が上昇して絶縁アンプのフルスケールの線形入力範囲に一致するようになります。絶縁アンプのフルスケールの線形入力範囲は ±50mV で、差動出力スイングは ±2.05V、出力同相電圧は 1.44V、固定内部ゲインは 41V/V です。絶縁型アンプの出力側では、2 番目の 2 チャネル オペアンプ (TLV9002) を使用します。最初のチャネルはシングルエンドの同相電圧を 1.65V に設定し、2 番目のチャネルは絶縁アンプからの差動出力信号を 3.3V のシングルエンド ADC で使用可能なシングルエンド信号に変換します。
最小公称電流動作時のシャント抵抗の消費電力を決定します。
消費電力を 1/5 に低減したシャント抵抗を選択します。短期過負荷要件が 40W の場合、シャント Pdissipation は 8W です。詳細については、『絶縁型電流センシングの設計上の考慮事項』アナログ設計ジャーナルを参照してください。
AMC1302 の絶対最大入力電圧は、ハイサイド電源電圧より 500mV 高くなります (『AMC1302 高精度、±50mV 入力、強化絶縁型アンプ』データシートに記載)。5V のハイサイド電源電圧では、入力電圧の絶対最大定格に違反しません。
TLV9002OUT の出力制限内に維持するには、AMC1302 の出力を 3.2/4.1 の係数で減衰させる必要があります。R9 = R10、R11 = R12 の場合、R11 と R12 の計算には、次に示す差動からシングルエンドへの段の伝達関数を使用できます。
標準の 0.1% 抵抗値を使用する場合、7.8kΩ 抵抗を使用できます。これにより、TLV9002 の制限内で最大出力スイングが得られます。
C1 = C2 = 1nF、R11 = R12 = 7800Ω の場合、カットオフ周波数は 20.414kHz と計算できます。
シミュレーション結果は、シャントの両端の電圧、AMC1302 の差動入力 / 出力、TLV9002 アンプのシングルエンド出力を -10A〜10A でシミュレートした DC 特性を示します。
短絡イベント シミュレーションは、短絡イベント発生時の回路シミュレーションの結果で、±200A 時に入出力がどのように応答するかを示します。すべてのグラフを貫く赤と青の線は、AMC1302 の出力がクリッピングを開始するポイントを示しています。回路の目的は、短絡イベントが発生した後も動作を継続することです。「設計手順」セクションでは、AMC1302 のハイサイドのゲインとシャント抵抗の値は、このイベント中の損傷を回避するように選択されています。以下のシミュレーションは、これらの選択を検証しています。短絡イベントが発生したときに AMC1302 に入力される最大入力電圧は ±1V で、部品の絶対最大定格を下回っています。したがって、シミュレーションにより、短絡イベントが発生した後も回路が動作を継続することが確認されました。
AC シミュレーションは、シングルエンド出力の AC 伝達特性を示します。このシミュレーションは、周波数が手順 11 の 2 番目の式で計算されたカットオフに近づき、上回るときに予測されるゲイン (dB) を示しています。アナログ フロントエンドのゲインは 5V/V、AMC1302 のゲインは 41V/V、差動からシングルエンドへの変換のゲインは 0.78V/V なので、次の図に示す 44.07dB のゲインが予測されます。
正弦波のシミュレーションは、シャントの出力、AMC1302 の差動入力と差動出力、振幅 -10A〜10A の正弦波に応答する TLV9002 のシングルエンド出力を示しています。AMC1302 の差動出力は予測どおり ±2.05Vpk-pk です。シングルエンド出力は 3.19Vpk-pk で、スイングは 55mV〜3.245V です。
テキサス・インスツルメンツの包括的な回路ライブラリについては、『アナログ エンジニア向け回路クックブック』、差動からシングルエンドへの出力変換の詳細については、『差動出力 (絶縁型) アンプからシングルエンド入力 ADC の接続』アプリケーション ブリーフを参照してください。
AMC1302 | |
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動作電圧 | 1500VRMS |
ゲイン | 41V/V |
帯域幅 | 280kHz (標準値) |
線形入力電圧範囲 | ±50mV |
入力抵抗 | 4.9kΩ (標準値) |
入力オフセット電圧とドリフト係数 | ±50µV (最大値)、±0.8µV/℃ (最大値) |
ゲイン誤差とドリフト係数 | ±0.2% (最大値)、±35ppm/°C (最大値) |
非線形性とドリフト係数 | 0.03% (最大値)、1ppm/℃ (標準値) |
絶縁過渡過電圧 | 7071VPEAK |
同相過渡耐性、CMTI | 100kV/µs (最小値) |
AMC3302 | |
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動作電圧 | 1200VRMS |
ゲイン | 41V/V |
帯域幅 | 334kHz (標準値) |
線形入力電圧範囲 | ±50mV |
入力抵抗 | 4.9kΩ (標準値) |
入力オフセット電圧とドリフト係数 | ±50µV (最大値)、±0.5µV/℃ (最大値) |
ゲイン誤差とドリフト係数 | ±0.2% (最大値)、±35ppm/°C (最大値) |
非線形性とドリフト係数 | ±0.03% (最大値)、1ppm/℃ (標準値) |
絶縁過渡過電圧 | 6000VPEAK |
同相過渡耐性、CMTI | 95kV/μs (最小値) |
AMC1202 | |
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動作電圧 | 1000VRMS |
ゲイン | 41V/V |
帯域幅 | 280kHz (標準値) |
線形入力電圧範囲 | ±50mV |
入力抵抗 | 4.9kΩ (標準値) |
入力オフセット電圧とドリフト係数 | ±50µV (最大値)、±0.8µV/℃ (最大値) |
ゲイン誤差とドリフト係数 | ±0.2% (最大値)、±35ppm/°C (最大値) |
非線形性とドリフト係数 | ±0.03% (最大値)、1ppm/℃ (標準値) |
絶縁過渡過電圧 | 4250 VPEAK |
同相過渡耐性、CMTI | 100kV/µs (最小値) |
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