AMC0x11R隔離放大器：技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，隔離放大器是確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵組件。今天要為大家詳細(xì)介紹德州儀器（TI）的AMC0x11R系列精密隔離放大器，包括AMC0211R和AMC0311R，這兩款器件在工業(yè)和電力電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

文件下載：amc0311r.pdf

一、產(chǎn)品概述

AMC0x11R是一款具有2.25V高阻抗輸入和單端比例輸出的精密電流隔離放大器。其輸入級(jí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)二階ΔΣ調(diào)制器，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字位流，通過隔離屏障傳輸至低側(cè)。低側(cè)接收到的位流由模擬濾波器處理，最終在OUT引腳輸出與輸入信號(hào)成比例的單端信號(hào)。

產(chǎn)品特性

1. 寬輸入電壓范圍：線性輸入電壓范圍為77mV至2.25V，可滿足多種應(yīng)用需求。
2. 高輸入阻抗：典型值達(dá)2.4GΩ，可有效減少對(duì)輸入信號(hào)源的負(fù)載影響。
3. 寬電源電壓范圍：高側(cè)（VDD1）和低側(cè)（VDD2）電源電壓范圍均為3.0V至5.5V，增強(qiáng)了電源適應(yīng)性。
4. 高精度輸出：具有低直流誤差，如失調(diào)誤差最大為±1.5mV，增益誤差最大為±0.25%，且溫度漂移小。
5. 強(qiáng)抗干擾能力：共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）最低為150V/ns，同時(shí)滿足CISPR - 11和CISPR - 25標(biāo)準(zhǔn)，低電磁干擾。
6. 可靠的隔離性能：AMC0211R為基本隔離，AMC0311R為增強(qiáng)隔離，均通過多項(xiàng)安全認(rèn)證，如DIN EN IEC 60747 - 17和UL1577。
7. 工業(yè)級(jí)溫度范圍：可在 - 40°C至 + 125°C的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

二、產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比

從參數(shù)對(duì)比中可以看出，AMC0311R在隔離性能上更勝一籌，適用于對(duì)隔離要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，而AMC0211R則在尺寸上更為小巧，適合對(duì)空間有要求的設(shè)計(jì)。

三、工作原理詳解

1. 模擬輸入

INP引腳的高阻抗輸入緩沖器為二階開關(guān)電容前饋ΔΣ調(diào)制器提供信號(hào)。模擬輸入信號(hào)需滿足一定條件，若輸入電壓超過絕對(duì)最大額定值表中的規(guī)定值，輸入電流必須限制在10mA以內(nèi)；線性度和噪聲性能僅在輸入電壓處于線性滿量程范圍（VFSR）內(nèi)時(shí)才有保證。

2. 隔離通道信號(hào)傳輸

AMC0x11R采用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過SiO? 基隔離屏障傳輸調(diào)制器輸出的位流。內(nèi)部產(chǎn)生的480MHz高頻載波通過發(fā)射驅(qū)動(dòng)器（TX）傳輸以表示數(shù)字1，不發(fā)送信號(hào)表示數(shù)字0。接收端（RX）恢復(fù)并解調(diào)信號(hào)后輸入到模擬濾波器。這種設(shè)計(jì)優(yōu)化了傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了高CMTI和低輻射發(fā)射。

3. 模擬輸出

AMC0x11R提供與輸入電壓成比例的單端模擬輸出電壓，輸出參考GND2，與輸入實(shí)現(xiàn)電流隔離，可直接連接到ADC的輸入。滿量程輸出電壓由REFIN引腳設(shè)置，計(jì)算公式為 (V{OUT }=V{IN}/V{Clipping } x V{REFIN}=(V{INP}-V{SNSN})/V{Clipping }x V{REFIN}) 。輸出緩沖器線性工作時(shí)需有至少150mV的裕量，因此輸入電壓接近0V時(shí)會(huì)出現(xiàn)非線性行為。

4. 參考輸入

REFIN引腳的電壓決定了OUT引腳的輸出電壓范圍。輸出緩沖器在 (150 mV

5. 設(shè)備功能模式

AMC0x11R有以下幾種工作模式：

• 關(guān)斷狀態(tài)：低側(cè)電源（VDD2）低于VDD2 UV閾值，設(shè)備無響應(yīng)，OUT處于高阻狀態(tài)。
• 缺少高側(cè)電源：低側(cè)供電正常，高側(cè)電源（VDD1）低于VDD1 UV閾值，OUT引腳被驅(qū)動(dòng)到GND2。
• 模擬輸入過范圍：VDD1和VDD2正常，但模擬輸入電壓VIN高于最大限幅電壓VClipping, MAX，設(shè)備在OUT引腳輸出VREFIN。
• 模擬輸入欠范圍：VDD1和VDD2正常，但模擬輸入電壓VIN低于最小限幅電壓VClipping, MIN，OUT引腳被驅(qū)動(dòng)到GND2。
• 正常運(yùn)行：VDD1、VDD2和VIN均在推薦工作條件范圍內(nèi)，設(shè)備輸出與輸入電壓成比例的電壓。

四、應(yīng)用案例分析

1. 應(yīng)用場(chǎng)景

AMC0x11R適用于多種工業(yè)電力系統(tǒng)，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、光伏逆變器、服務(wù)器電源單元和電動(dòng)汽車充電站等。以電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為例，工業(yè)電力系統(tǒng)通常分為多個(gè)相互隔離的電壓域，控制器需要在安全隔離的情況下測(cè)量直流母線電壓，AMC0x11R憑借其高阻抗輸入和電流隔離輸出的特性，能夠很好地滿足這一需求。

2. 典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

• 電阻分壓器設(shè)計(jì)：根據(jù)200μA的分壓器電流和最大直流母線電壓450V，計(jì)算出電阻分壓器的總阻抗為2.25MΩ。由于最大允許的單位電阻電壓降為125V，所以電阻分壓器頂部的最小單位電阻數(shù)量為4個(gè)，每個(gè)單位電阻值約為562kΩ。檢測(cè)電阻RSNS的計(jì)算基于線性滿量程電壓VFSR和頂部電阻串的總阻值，最終確定RSNS為11.3kΩ。
• 輸入濾波器設(shè)計(jì)：為了提高信號(hào)路徑的信噪比，在設(shè)備前端放置一個(gè)RC濾波器。對(duì)于多數(shù)電壓感應(yīng)應(yīng)用，使用單個(gè)電容即可有效濾波。輸入濾波器的截止頻率計(jì)算公式為 (1/(2pitimes RSNStimes C5)) ，例如 (RSNS =10 k Omega) 和 (C 5=100 pF) 時(shí)，截止頻率為160kHz。
• REFIN引腳連接：REFIN引腳具有有限的輸入阻抗，從高阻抗源驅(qū)動(dòng)時(shí)需考慮這一因素。建議從REFIN到GND2連接一個(gè)100nF的電容以濾除高頻噪聲。REFIN引腳的連接方式有多種，可短接VDD2，也可通過緩沖電阻分壓器從VDD2獲取電壓，還可使用外部電壓源驅(qū)動(dòng)。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 引腳連接

• 設(shè)備通電時(shí)，不要讓AMC0x11R的模擬輸入（INP引腳）懸空，否則輸出無效。
• 不要在AMC0x11R的輸入（INP引腳）連接保護(hù)二極管，因?yàn)槎O管漏電流可能會(huì)在高溫下引入顯著的測(cè)量誤差，輸入引腳已有ESD保護(hù)電路和外部電阻分壓器的高阻抗保護(hù)。

2. 電源供應(yīng)

• 典型應(yīng)用中，AMC0x11R的高側(cè)電源（VDD1）通常由低側(cè)電源（VDD2）通過隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。推薦使用基于推挽驅(qū)動(dòng)器SN6501和支持所需隔離電壓等級(jí)的變壓器的低成本方案。
• 高側(cè)和低側(cè)電源都需要進(jìn)行去耦處理，使用低ESR的100nF電容（C1、C3）與1μF電容（C2、C4）并聯(lián)，并將這些電容盡量靠近設(shè)備放置。同時(shí)，要注意多層陶瓷電容器（MLCC）在實(shí)際應(yīng)用中的有效電容可能會(huì)低于標(biāo)稱值，選擇時(shí)需參考制造商提供的電容與直流偏置曲線。

3. 布局建議

• 去耦電容應(yīng)盡可能靠近AMC0x11R的電源引腳放置，以減少電源噪聲。
• 注意布局中隔離區(qū)域的設(shè)計(jì)，保持隔離間隙和爬電距離符合要求，避免導(dǎo)電材料進(jìn)入隔離區(qū)域。

六、總結(jié)

AMC0x11R系列隔離放大器憑借其高精度、高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，為工業(yè)和電力電子領(lǐng)域的電壓測(cè)量和隔離應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇器件型號(hào)、遵循設(shè)計(jì)原則和注意事項(xiàng)，能夠充分發(fā)揮AMC0x11R的性能優(yōu)勢(shì)，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似隔離放大器的使用難題呢？不妨在評(píng)論區(qū)分享交流。