400mA、高輸出壓擺率，納芯微NSOPA240x系列破解旋轉(zhuǎn)變壓器之“難”

隨著市場(chǎng)對(duì)高精度、高性能電機(jī)控制技術(shù)的不斷追求，旋轉(zhuǎn)變壓器作為其核心部件之一，其精確測(cè)量角度位置和轉(zhuǎn)速的能力顯得尤為重要。

然而，旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動(dòng)電路的特殊要求一直是行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。為解決這一挑戰(zhàn)，納芯微近日發(fā)布了全新的NSOPA240x系列運(yùn)算放大器，旨在簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)并提高系統(tǒng)魯棒性，為旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動(dòng)應(yīng)用帶來創(chuàng)新性的解決方案。

旋轉(zhuǎn)變壓器作為一種電磁式傳感器，可用來精確測(cè)量角度位置和轉(zhuǎn)速，在工業(yè)電機(jī)控制、伺服器、機(jī)器人、電動(dòng)和混動(dòng)汽車中的動(dòng)力系統(tǒng)單元中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在電動(dòng)車輛中，旋轉(zhuǎn)變壓器可以為電機(jī)控制算法提供精確且穩(wěn)定的位置信息，這對(duì)于確保電動(dòng)車輛在各種駕駛條件下的理想性能至關(guān)重要。通過其獨(dú)特的工作原理，旋轉(zhuǎn)變壓器能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地反饋轉(zhuǎn)子的角度和速度，使電動(dòng)車輛的電機(jī)控制算法能夠精確調(diào)整電流輸出，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)駕駛和即時(shí)響應(yīng)。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器具有耐高溫、機(jī)制簡(jiǎn)單可靠、尺寸小巧和成本低廉等優(yōu)勢(shì)，使其能夠適應(yīng)電動(dòng)車輛緊湊的設(shè)計(jì)需求，并降低整體成本。

在實(shí)際應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)面臨多重挑戰(zhàn)。首先，需要滿足高電流輸出和高壓擺率的要求，以確保為旋轉(zhuǎn)變壓器提供穩(wěn)定的激勵(lì)信號(hào)，其次，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和提高系統(tǒng)魯棒性也是工程師們面臨的重要問題。此外，復(fù)雜的噪聲環(huán)境和嚴(yán)格的安全性要求也給設(shè)計(jì)帶來了更多困難。

納芯微NSOPA240x大電流輸出運(yùn)算放大器產(chǎn)品憑借其卓越的高增益帶寬和壓擺率，以及連續(xù)高輸出電流驅(qū)動(dòng)功能，滿足了旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)線圈對(duì)低失真和差分高振幅激勵(lì)的嚴(yán)格要求。更重要的是，NSOPA240x內(nèi)部集成了熱關(guān)斷和過流保護(hù)，不僅優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)，也降低了系統(tǒng)成本，還顯著提高了整體系統(tǒng)的可靠性和性能表現(xiàn)。

NSOPA240x產(chǎn)品系列的車規(guī)級(jí)別滿足AEC-Q100 Grade 1的可靠性要求，可在-40~125℃的嚴(yán)苛環(huán)境下勝任工作。不同的通道版本以滿足客戶不同需求，對(duì)應(yīng)單通道有TO252-5封裝，雙通道版本有HTSSOP14封裝，如下表格所示

大電流輸出能力-適應(yīng)各類旋變?cè)吘€圈的驅(qū)動(dòng)

輸出電流能力和輸出擺幅是衡量功率放大器驅(qū)動(dòng)能力最重要的指標(biāo)之一，負(fù)載電流與輸出擺幅之間的關(guān)系直接決定在驅(qū)動(dòng)運(yùn)放上的耗散功率。旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁原邊線圈通常是有很低的DCR (直流電阻)，通常小于100Ω，因此需要有較強(qiáng)的電流輸出能力才可以驅(qū)動(dòng)線圈，最高至200mA。NSOPA240x設(shè)計(jì)為最高400mA持續(xù)輸出電流能力，完全滿足各類旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動(dòng)要求。

高輸出壓擺率-保證原邊線圈激勵(lì)信號(hào)不失真

壓擺率是反應(yīng)運(yùn)算放大器動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的重要性能指標(biāo)之一，對(duì)于正弦信號(hào)不失真的最低要求如以下公式所示：

對(duì)于不同類型的旋轉(zhuǎn)變壓器的來說，對(duì)于激勵(lì)信號(hào)的幅度和頻率要求都有所不同。以7Vrms，10kHz的激勵(lì)信號(hào)為例，根據(jù)上述公式的計(jì)算結(jié)果，保證不失真所需的最低壓擺率為0.6 V/μs左右。NSOPA240x壓擺率為5.5 V/μs,，可以滿足旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動(dòng)的大部分應(yīng)用需求。

集成限流保護(hù)，過熱保護(hù)-提高旋變系統(tǒng)的可靠性，降低復(fù)雜性和成本

對(duì)于選旋轉(zhuǎn)變壓器原邊驅(qū)動(dòng)端這種幾百mA級(jí)別的功率級(jí)別，必須具有完善的保護(hù)措施，否則就會(huì)因?yàn)檫^熱等原因?qū)ο到y(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅甚至燒毀。NSOPA240x集成了熱關(guān)斷的保護(hù)功能，當(dāng)芯片結(jié)溫超過173℃時(shí)，器件將被禁用，通過OTF/SH_DN狀態(tài)指示熱關(guān)斷事件發(fā)生。為了防止反復(fù)觸發(fā)，過溫關(guān)斷功能具有溫度滯回，結(jié)溫需要回落到155℃，器件才會(huì)被重新使能，OTF/SH_DN引腳狀態(tài)也隨之改變，指示熱關(guān)斷事件停止。

如下圖所示，NSOPA240x可以提供客戶系統(tǒng)級(jí)功能安全，可以同時(shí)指示短路到電源，短路到地。

除此之外，芯片中的每個(gè)運(yùn)放都對(duì)PMOS(高側(cè))和NMOS(低側(cè))輸出晶體管進(jìn)行限流保護(hù)，因?yàn)檫^流可能發(fā)現(xiàn)在上管或者下管。且配備了兩個(gè)專用引腳（如圖中紅框所示），可用來區(qū)分上管過流或下管過流，分別對(duì)應(yīng)短路到地和短路到供電電壓的應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)輸出電流回到正常值時(shí)，將同步釋放指示引腳，使系統(tǒng)輕松應(yīng)對(duì)類似ISO16750標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的短路測(cè)試場(chǎng)景。