模擬信號隔離應(yīng)用中隔離放大器設(shè)計的黃金法則簡介

在高噪聲應(yīng)用中使用隔離放大器應(yīng)該注意閂鎖效應(yīng) CMOS器件的閂鎖效應(yīng)風(fēng)險必須要仔細(xì)考慮，特別是直接連接到易受經(jīng)常出現(xiàn)瞬變噪聲影響的信號源時。ACPL-C78X的模擬輸入結(jié)構(gòu)在設(shè)計上考慮了經(jīng)常發(fā)生在高噪聲應(yīng)用環(huán)境，例如電機驅(qū)動設(shè)備和其他電源逆變系統(tǒng)中的瞬變和浪涌，其它可能在輸入上造成電壓瞬變的場合包括短路和過載。ACPL-C78X經(jīng)過-2V到6V的直流電壓測試，加上高達(dá)-6V的瞬變電壓兩秒鐘，并未發(fā)生閂鎖反應(yīng)或器件受損的情況[1]。

應(yīng)該檢查VIN+和VIN-到GND1接地的輸入共模電壓 隔離放大器的差模輸入采用全差分開關(guān)電容電路實現(xiàn)。與使用具備差分式輸入的隔離放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器類似，設(shè)計工程師必須了解通常會在數(shù)據(jù)手冊中標(biāo)明的輸入共模電壓。舉例來說，ACPL-C78X的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊就標(biāo)明VIN+和VIN-的工作輸入電壓限制為±2V，超過這個限制就可能會損害增益和系統(tǒng)的性能[1]。

隔離

不應(yīng)該混淆隔離電壓和工作電壓 在設(shè)計模擬信號隔離電路時，設(shè)計工程師必須考慮到隔離放大器的隔離電壓和連續(xù)工作電壓，以確保產(chǎn)品符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)。隔離電壓代表了在輸入和輸出上可以短暫承受的電壓大小，依UL 1577標(biāo)準(zhǔn)，Avago的每一個隔離放大器都通過加上大于或等于1.2倍額定電壓一秒鐘進(jìn)行驗證和安全性測試，泄漏電流? 5μA，例如通過5000Vrms[2]驗證的ACPL-C78A在批量生產(chǎn)測試中，每個器件都以≥6000Vrms進(jìn)行一秒鐘測試。隔離電壓是一個不應(yīng)該被視為輸入輸出連續(xù)電壓的絕緣電壓規(guī)格。

工作電壓則是系統(tǒng)保證可以持續(xù)安全工作而不會傷害隔離屏障的最高電壓值，依IEC/EN/DIN EN 60747-5-2，ACPL-C78X系列的最高工作絕緣電壓為1140Vpeak，并且可以在806Vrms下連續(xù)工作。如果需要1000Vrms的工作電壓，那么可以使用HCNR201[3]，如果891Vpeak就可以滿足設(shè)計要求，HCPL-7800A[4]也可以是一個選擇。HCNR201和HCPL-7800A都是安華高科技公司所提供的高線性模擬光電耦合器產(chǎn)品。

電流感應(yīng)的分流器選擇

搭配分流電阻，隔離放大器可以形成隔離電流傳感器，分流器的選擇通常是在最低功耗和最大精確性間進(jìn)行折中。較小的電阻值可以降低功率耗損，但較大的電阻值則可以通過使用隔離放大器的完整輸入范圍來改善電路的精確性。由分流器在正常工作情況下可以承受的峰植電流和隔離放大器的目標(biāo)輸入范圍，我們可以使用歐姆定律來計算出分流電阻的大小。

應(yīng)該注意分流電阻隨溫度和時間的漂移 在決定分流電阻值后，我們還必須仔細(xì)考慮有關(guān)電阻本身誤差和穩(wěn)定性限制等相關(guān)的重要參數(shù)，在典型的電流感應(yīng)應(yīng)用環(huán)境中，使用?1%誤差的產(chǎn)品基本上已經(jīng)足夠，如果需要更高的精確性，也可以選擇?0.1%甚至誤差更低的產(chǎn)品，或者采用調(diào)校方式來消除初始誤差。

調(diào)?？梢詫⒎至麟娮璞旧碚`差值所帶來的測量誤差消除，但卻無法解決因溫度和時間所造成的電阻漂移問題。電阻的溫度系數(shù)(TCR)是用來描述特定溫度范圍內(nèi)因環(huán)境溫度改變所造成的電阻值變化，50ppm/oC的分流電阻是常見的選擇，市面上也提供有10ppm/oC的分流電阻產(chǎn)品，我們可以參考相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊對它的工作條件進(jìn)行研究，并留意有時可能出現(xiàn)的非線性響應(yīng)。

不應(yīng)該只注意標(biāo)稱功率規(guī)格 分流器的額定功率是一個非常重要的選擇條件，在設(shè)計中，分流器上的功率消耗可以通過I(rms)2xR得出，脈沖電流所造成的功率耗損也應(yīng)該加入計算。查看分流電阻規(guī)格時，如果考慮到環(huán)境溫度，設(shè)計工程師必須注意標(biāo)稱額定功率外的情況，并參考功率下滑曲線。另外，和直接采用氣流散熱的產(chǎn)品比較，部分分流電阻還可以加上散熱片來有效強化可以處理的功率等級，因此最好使用具備足夠功率處理能力的分流電阻以保留設(shè)計的安全余裕空間。