AMC1100全差分隔离放大器

特点

•±250 mV输入电压范围优化并联电阻器

•非常低的非线性：5 V时最大0.075%

•低偏移误差：最大1.5 mV

•低噪音：3.1 mVRMS典型值

•低高侧供电电流：5伏时最大8毫安

•输入带宽：60 kHz min

•固定增益：8（0.5%精度）

•高共模抑制比：108分贝

•低压侧操作：3.3 V

•经认证的电流隔离：

–通过UL1577和IEC60747-5-2认证

–隔离电压：4250 V峰值–工作电压：1200 V峰值

–瞬态抗扰度：2.5kV/μs min

•额定工作电压下的典型10年寿命（见应用报告SLLA197）

•在扩展的工业温度范围内完全指定

应用程序

•并联电阻电流传感：

–电能表

–绿色能源–功率测量应用

说明

AMC1100是一个精密的隔离放大器，其输出与输入电路之间由一个二氧化硅（二氧化硅）势垒隔开，该势垒具有很强的抗磁干扰能力。根据UL1577和IEC60747-5-2，该屏障经认证可提供高达4250 VPEAK的电流隔离。该装置与隔离电源一起使用，防止高共模电压线路上的噪声电流进入本地接地，干扰或损坏敏感电路。

AMC1100输入经过优化，可直接连接到并联电阻或其他低电压电平信号源。该装置的优异性能使其能够在电能计量应用中进行精确的电流和电压测量。输出信号共模电压自动调整为3-V或5-V低压侧电源。

AMC1100在-40°C至+105°C的扩展工业温度范围内完全指定，可在SMD型、宽体SOIC-8（DWV）和鸥翼-8（DUB）封装中使用。

典型特征

在VDD1=VDD2=5 V、VINP=-250 mV至+250 mV和VINN=0 V时，除非另有说明。

详细说明

概述

AMC1100包括一个δ-西格玛调制器输入级，包括一个内部基准和时钟发生器。调制器和时钟信号的输出通过隔离高低压区域的集成电容隔离栅差分传输。接收到的比特流和时钟信号被同步，并由一个三阶模拟滤波器进行处理，其低压侧的标称增益为8，并显示为设备的差分输出，如功能框图本节所示。

基于二氧化硅的电容隔离栅支持高水平的磁场抗扰度，如应用报告SLLA181、ISO72x数字隔离器磁场抗扰度中所述。

功能框图

特征描述

AMC1100的差分模拟输入是基于将输入信号数字化为1位输出流的二阶调制器级的开关电容电路。该设备使用内部电容器，以10 MHz的典型频率连续充电和放电，将差分输入信号（VIN=VINP–VINN）与2.5 V的内部参考电压进行比较。在S1开关闭合的情况下，CIND向VINP和VINN之间的电压差充电。在放电阶段，两个S1开关先断开，然后两个S2开关闭合。在此阶段，煤渣放电至约GND1+0.8 V。图31显示了简化的等效输入电路。

模拟输入范围是定制的，以直接适应通过分流电阻用于电流传感的电压降。然而，对模拟量输入信号有两个限制：VINP和VINN。如果输入电压超过GND1–0.5 V至VDD1+0.5 V的范围，则输入电流必须限制在10毫安以内，以保护实施的输入保护二极管不受损坏。此外，只有当差分模拟输入电压保持在±250毫伏以内时，才能保证器件的线性度和噪声性能。

设备功能模式

当电源接通时，AMC1100通电。该装置由高压侧的5伏标称电源操作。接地基准GND1的电势可以浮动，这通常是基于分路的电流测量应用中的情况。TI建议将分流器的一侧连接到AMC1100的GND1引脚，以保持装置的工作共模范围要求。

AMC1100的低压侧可由标称电压为3.0V、3.3V或5.0V的电源供电。当在5V下工作时，输出级的共模电压设置为标称2.55V；在其他两种情况下，共模电压自动设置为1.29V。

虽然AMC1100通常应用于基于并联的电流传感电路，但也可用于隔离电压测量应用，如图32中的简化方式所示。在这种应用中，通常使用电阻分压器（图32中的R1和R2）来匹配AMC1100的相对较小的输入电压范围。R2和AMC1100输入电阻（RIN）也会产生电阻分压器，导致额外的增益误差。假设R1和RIN的值比R2大得多，则所得的总增益误差可使用公式1估算：

其中：GERR=设备增益误差。

应用与实施

注意

以下应用程序部分中的信息不属于TI组件规范的一部分，TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定部件是否适合其用途。客户应验证和测试其设计实现，以确认系统功能。

申请信息

AMC1100具有独特的线性度、高输入共模抑制、低直流误差和漂移。这些特性使AMC1100成为一个健壮的高性能隔离放大器，适用于用户和子系统必须受到高压保护的工业应用。

典型应用

AMC1100 in变频器

AMC1100的典型操作是在变频器应用（如工业电机驱动器、光伏逆变器或不间断电源）中的隔离电流和电压测量，如图33所示。根据终端应用，只感应到两相或三相电流。

设计要求

通过电动机电源线相位的电流测量是通过并联电阻器RSHUNT（在双端分流器中）完成的；见图34。为了获得更好的性能，使用RC滤波器（组件R2、R3和C2）对差分信号进行滤波。可选地，C3和C4可用于减少来自输入的倾销。在这种情况下，在选择这些电容器的质量时必须小心；这些电容器的值不匹配会导致调制器输入端的共模误差。如有必要，建议使用NP0电容器。

隔离电压测量可按本节所述进行。设备功能模式

详细设计程序

浮动接地参考（GND1）来自并联电阻器的端部，该电阻器连接到AMC1100（VINN）的负输入端。如果使用四端分流器，AMC1100的输入连接到内部引线，GND1连接到外部分流器引线之一。AMC1100的差分输入确保了即使在噪声环境下也能精确工作。

AMC1100的差分输出可以直接驱动模数转换器（ADC）输入，也可以在被ADC处理之前进一步滤波。

应用曲线

在变频器应用中，电源开关必须在过电流情况下受到保护。为了使系统快速断电，需要隔离放大器引起的低延迟。图35显示了AMC1100的典型满标度阶跃响应。

电能计量中的AMC1100

由于其对磁场的抗扰性，AMC1100可用于智能电表（e-meter）设计中的基于并联的电流传感，如图36所示。三个AMC1100器件用于隔离电流感应。对于电压传感，通常使用电阻分压器将共模电压降低到允许非隔离测量的水平。

设计要求

为了获得最佳性能，可以在AMC1100前面使用RC低通滤波器。通过对设备的输出信号进行滤波，可以实现进一步的改进。在这两种情况下，电阻和电容的值必须根据系统的带宽要求进行调整。

使用适当计量微控制器的片上模数转换器（adc）将装置的模拟输出转换为数字域。MSP430F47177X7系列超低功耗微控制器的体系结构就是为这类应用量身定做的。MSP430F471x7提供多达七个ADC用于同时采样：其中六个用于三相电流和电压，而第七个通道可用于需要防篡改措施的应用中中性线的附加电压传感。

详细设计程序

AMC1100的高压侧电源可以通过使用电容降电源（电容降）的相电压获得，如图37所示，并在应用报告SLAA552、AMC1100：用隔离放大器更换逆变器中的输入主传感变压器中进行了说明。

或者，如TI参考设计TIPD121，隔离电流传感参考设计解决方案5A，2kV所证明的，每个AMC1100的高压侧电源也可以从使用SN6501驱动变压器的低压侧电源导出。

应用曲线

电能表的噪声性能是电能表的关键参数之一，主要受ADC和电流传感器性能的影响。当使用基于分路的方法时，传感器前端由实际分路电阻和隔离放大器组成。图38显示了AMC1100的典型输出噪声密度，作为总体性能评估的基础。

电源建议

在典型的变频器应用中，AMC1100（VDD1）的高压侧电源来自系统电源，如图39所示。为了降低成本，可以使用齐纳二极管将电压限制在5V±10%。建议使用0.1μF去耦电容器来过滤该电源路径。将该电容器（C1）尽可能靠近VDD1引脚，以获得最佳性能。如果需要更好的过滤，则可以使用额外的1-10-fi电容器。

为了获得更高的功率效率和更好的性能，可以使用buck变换器；这种方法的一个例子是基于LM5017的。包括性能测试结果和布局文件的参考设计可在PMP9480下载，隔离偏压电源+隔离放大器组合用于线电压或电流测量。

布局

布局指南

图40所示的布局建议显示了在保持输入信号的差分路由的同时尽可能靠近AMC1100的去耦电容器的临界布置。

为保持设备的隔离屏障和共模瞬态抗扰度（CMTI），最大限度地保持高侧接地（GND1）和低侧接地（GND2）之间的距离；即，设备下方的整个区域必须不含任何导电材料。

布局示例

设备和文档支持

设备支架

设备命名

隔离术语表

爬电距离：沿绝缘表面测量的两个导电输入到输出引线之间的最短路径。最短距离路径是在包裹体的末端。

间隙：通过空气（视线）测量的两个导电输入到输出引线之间的最短距离。

输入输出势垒电容：连接在一起的所有输入端子和连接在一起的所有输出端子之间的总电容。

输入输出势垒电阻：连接在一起的所有输入端子和连接在一起的所有输出端子之间的总电阻。

一次回路：一种直接连接到外部电源或其它等效电源的内部电路，为主电路供电。

二次回路：一种与主电源没有直接连接的电路，其电源来自一个独立的隔离电源。

比较跟踪指数（CTI）：CTI是电绝缘材料的一项指标。它被定义为在标准测试期间通过跟踪导致故障的电压数值。跟踪是由于绝缘材料表面或其附近的放电作用，在绝缘材料表面上或通过绝缘材料表面产生局部劣化的部分导电路径的过程。绝缘材料CTI值越高，最小爬电距离越小。

通常，绝缘击穿发生在材料表面或两者之间。表面失效可能是由闪络引起的，也可能是由局部小火花导致的绝缘表面逐渐退化引起的。这种火花是由于绝缘层上导电污染物的表面膜破裂而产生的。由此产生的泄漏电流中断在不连续处产生过电压，并产生电火花。这些火花经常导致绝缘材料碳化，并导致不同电位点之间的碳迹。这个过程称为跟踪。

绝缘：运行绝缘-正确操作设备所需的绝缘。

基本绝缘-提供基本的电击保护。

附加绝缘-除了基本绝缘外，还采用独立绝缘，以确保在基本绝缘失效时防止触电。

双重绝缘-绝缘包括基本绝缘和辅助绝缘。

加强绝缘-提供相当于双重绝缘的电击防护等级的单一绝缘系统。

污染程度：

污染程度1-没有污染，或者只有干燥的，不导电的污染。污染对器件性能没有影响。

污染程度2-通常情况下，只会发生非导电性污染。然而，由冷凝引起的暂时导电性是可以预料的。

污染程度3-发生导电污染，或因冷凝而变为导电的干燥非导电污染。预计会出现冷凝。

污染程度4-由于导电灰尘、雨水或其他潮湿条件，会产生持续的导电性。

安装类别：

过电压类别-本节旨在通过识别可能发生的瞬态过电压，并按照IEC 60664中的规定分配四个不同的水平，实现绝缘配合。

1、信号电平：特殊设备或设备的部件。

2、地方一级：便携式设备等

3、配电等级：固定安装。

4、主要供应水平：架空线路、电缆系统。

每一类都应受到比前一类更小的瞬态影响。

文件支持

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商标

所有商标均为其各自所有者的财产。

静电放电注意事项

这个集成电路可能被静电放电损坏。德州仪器公司建议在处理所有集成电路时采取适当的预防措施。不遵守正确的操作和安装程序可能导致损坏。

ESD损坏的范围从细微的性能下降到设备完全失效。精密集成电路可能更容易受到损坏，因为非常小的参数变化可能导致设备不符合其公布的规范。

术语表

SLYZ022-TI词汇表。

本词汇表列出并解释了术语、首字母缩略词和定义。

机械、包装和订购信息

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