GERY022 December   2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1

 

  1.   1
  2.   Einführung
  3.   Einführung in die isolierte Signalkette
    1.     Vergleich isolierter Verstärker und isolierter Modulatoren
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung in isolierte Verstärker
      3.      Einführung in isolierte Modulatoren
      4.      Leistungsvergleich zwischen isolierten Verstärkern und isolierten Modulatoren
      5.      Isolierte Modulatoren in Traktionsumrichtern
      6.      Isolierte Verstärker und Modulatoren, Empfehlungen
      7.      Fazit
    2.     Die ersten Isolationsverstärker von TI mit extrem breiten Luft- und Kriechstrecken
      1.      Anwendungshinweis
  4.   Auswahlbäume
  5.   Strommessung
    1.     Shunt-Widerstandsauswahl für isolierte Datenwandler
      1.      17
    2.     Designüberlegungen für die isolierte Strommessung
      1.      19
      2.      Fazit
      3.      Quellennachweise
      4.      Verwandte Websites
    3.     Isolierte Strommessschaltung mit ±50 mV-Eingang und unsymmetrischem Ausgang
      1.      24
    4.     Isolierte Strommessschaltung mit ±50 mV-Eingang und Differenzausgang
      1.      26
    5.     Isolierte Strommessschaltung mit ±250 mV Eingangsbereich und unsymmetrischer Ausgangsspannung
      1.      Designziele
      2.      Designbeschreibung
      3.      Designhinweise
      4.      Designschritte
      5.      Design-Simulationen
      6.      DC-Simulationsergebnisse
      7.      Ergebnisse der AC-Simulation im geschlossenen Regelkreis
      8.      Ergebnisse der Transienten-Simulation
      9.      Designreferenzen
      10.      Design empfohlener isolierter Verstärker
      11.      Design Alternativer Isolierter Verstärker
    6.     Isolierter Strommessschaltkreis mit ±250 mV-Eingang und Differenzausgang
      1.      Designziele
      2.      Designbeschreibung
      3.      Designhinweise
      4.      Designschritte
      5.      Design-Simulationen
      6.      DC-Simulationsergebnisse
      7.      Ergebnisse der Closed-Loop-AC-Simulation
      8.      Ergebnisse der Transienten-Simulation
      9.      Designreferenzen
      10.      Vorgestellte Operationsverstärker
      11.      Design alternativer Operationsverstärker
    7.     Isolierter Überstromschutzschaltkreis
      1.      52
    8.     Anschluss eines Differenzialausgangsverstärkers (isoliert) an einen A/D-Wandler mit unsymmetrischem Eingang
      1.      54
    9.     Verwendung von AMC3311 zur Stromversorgung des AMC23C11 für isolierte Sensorik und Fehlererkennung
      1.      Anwendungshinweis
    10.     Isolierte Strommessschaltung mit Frontend-Verstärkungsstufe
      1.      58
    11.     Genauigkeitsvergleich von isolierten Shunt- und Geschlossener Regelkreis-Strommessungen
      1.      60
  6.   Spannungserfassung
    1.     Maximieren Sie die Leistungswandlung und die Wirksamkeit der Motorsteuerung durch isolierte Spannungserfassung
      1.      63
      2.      Lösungen zur Hochspannungserfassung
      3.      Integrierte Widerstandsbausteine
      4.      Unsymmetrische Ausgangsspannung
      5.      Anwendungsfälle für integrierte isolierte Spannungserkennung
      6.      Fazit
      7.      Weitere Ressourcen
    2.     Höhere Genauigkeit und Leistung mit integrierten isolierten Verstärkern und Modulatoren mit Hochspannungswiderstand
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Vorteile von isolierten Verstärkern und Modulatoren mit Hochspannungswiderstand
        1.       Platzsparend
        2.       Verbesserte Temperatur- und Lebensdauerdrift von integrierten HV-Widerständen
        3.       Ergebnisse mit hoher Genauigkeit
        4.       Beispiel für vollständig integrierte Widerstände vs. Zusätzlicher externer Widerstand
        5.       Bausteinauswahlbaum und gängige AC/DC-Anwendungsfälle
      4.      Zusammenfassung
      5.      Quellennachweise
    3.     Isolierte Verstärker mit differenziellen, unsymmetrischen Festverstärkern und ratiometrischen Ausgängen für Spannungssensoranwendungen
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Übersicht über differenzielle, unsymmetrische und ratiometrische Ausgänge mit fester Verstärkung
        1.       Isolierte Verstärker mit Differenzausgang
        2.       Isolierte Verstärker mit unsymmetrischem Ausgang mit fester Verstärkung
        3.       Trennverstärker mit unsymmetrischem, ratiometrischem Ausgang
      4.      Anwendungsbeispiele
        1.       Produktauswahlbaum
      5.      Zusammenfassung
      6.      Quellennachweise
    4.     Isolierte Spannungsmessschaltung mit ±250 mV-Eingang und Differenzausgang
      1.      93
    5.     Split-Tap-Verbindung für isolierte Line-to-Line-Spannungsmessung mit AMC3330
      1.      95
    6.     ±12 V-Spannungssensorschaltung mit isoliertem Verstärker und pseudo-differenziellem Eingang SAR-ADC
      1.      97
    7.     ±12 V-Spannungssensorschaltung mit isoliertem Verstärker und SAR-ADC mit Differenzeingang
      1.      99
    8.     Isolierter Schaltkreis zur Erkennung von Unter- und Überspannung
      1.      101
    9.     Isolierter Nulldurchgangsschaltkreis
      1.      103
    10.     Isolierter Spannungssensorschaltkreis mit ±480 V und Differenzausgang
      1.      105
  7.   EMI-Leistung
    1.     Beste EMI-Leistung in ihrer Klasse bei Strahlungsemissionen mit isolierten Verstärkern
      1.      Beste EMI-Leistung in ihrer Klasse bei Strahlungsemissionen mit isolierten Verstärkern
      2.      Einführung
      3.      Aktuelle Generation von isolierten Verstärkern von Texas Instruments Strahlungsemissionenleistung
      4.      Frühere Generationen von isolierten Verstärkern von Texas Instruments strahlen Störstrahlungsleistung aus
      5.      Fazit
      6.      Quellennachweise
    2.     Bewährte Methoden zur Dämpfung von EMI-Störstrahlungen der AMC3301-Familie
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Auswirkungen der Eingangsanschlüsse auf die Strahlungsemissionen der AMC3301-Familie
      4.      Dämpfung der Strahlungsemissionen der AMC3301-Familie
        1.       Ferritperlen und Gleichtaktdrosseln
        2.       Leiterplatten-Schaltpläne und bewährte Methoden für das Layout für die AMC3301-Familie
      5.      Verwendung mehrere AMC3301-Geräte
        1.       Bausteinausrichtung
        2.       Bewährte Methoden für das Leiterplatten-Layout für mehrere AMC3301
      6.      Fazit
      7.      Tabelle der AMC3301-Familie
  8.   Endgeräte
    1.     Vergleich von isolierten Shunt- und Hall-basierten Strommesslösungen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen
      1.      128
    2.     Designüberlegungen für die Strommessung in DC-EV-Ladeanwendungen
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
        1.       DC-Ladestation für Elektrofahrzeuge
        2.       Auswahl der Strommesstechnologie und äquivalentes Modell
          1.        Strommessung mit Shunt-basierter Lösung
          2.        Äquivalenzmodell der Sensortechnologie
      3.      Strommessung in AC/DC-Wandlern
        1.       Grundlegende Hardware und Steuerungsbeschreibung von AC/DC
          1.        AC Stromregelkreise
          2.        Gleichspannungsregelkreis
        2.       Punkt A und B – AC/DC AC-Phasenstrommessung
          1.        Auswirkungen der Bandbreite
            1.         Stationäre Zustandsanalyse: Grund- und Nulldurchgangs-Ströme
            2.         Transientenanalyse: Sprungleistung und Spannungseinbruchverhalten
          2.        Auswirkungen der Latenz
            1.         Fehleranalyse: Kurzschluss im Stromnetz
          3.        Auswirkungen des Verstärkungsfehlers
            1.         Spannungsstörung in AC/DC durch Verstärkungsfehler
            2.         AC/DC-Antwort auf durch Verstärkungsfehler verursachte Stromversorgungsstörung
          4.        Auswirkungen des Offset
        3.       Punkt C und D – AC/DC DC-Link-Strommessung
          1.        Auswirkungen der Bandbreite auf die Feed-Forward-Leistung
          2.        Auswirkungen der Latenz auf den Schutz der Leistungsschalter
          3.        Auswirkungen des Verstärkungsfehlers auf die Leistungsmessung
            1.         Transientenanalyse: Feed Forward in Punkt D
          4.        Auswirkungen des Offset
        4.       Zusammenfassung der positiven und negativen Punkte an den Punkten A, B, C1/2 und D1/2 sowie Produktvorschläge
      4.      Strommessung in DC/DC-Wandlern
        1.       Grundlegendes Funktionsprinzip eines isolierten DC/DC-Wandlers mit Phasenverschiebungssteuerung
        2.       Punkt E, F – DC/DC-Strommessung
          1.        Auswirkungen der Bandbreite
          2.        Auswirkungen des Verstärkungsfehlers
          3.        Auswirkung des Offsetfehlers
        3.       Punkt G – DC/DC-Tankstrommessung
        4.       Zusammenfassung der Sensorpunkte E, F, G und Produktvorschläge
      5.      Fazit
      6.      Quellennachweise
    3.     Verwendung isolierter Komparatoren zur Fehlererkennung in Elektromotorantrieben
      1.      Einführung
      2.      Einführung in Elektromotorantriebe
      3.      Verständnis von Fehlerereignissen in Elektromotorantrieben
      4.      Zuverlässige Erkennung und Schutz in Elektromotorantrieben
      5.      Anwendungsfall Nr. 1: Bidirektionale Phasenüberstromerkennung
      6.      Anwendungsfall Nr. 2: DC+-Überstromerkennung
      7.      Anwendungsfall Nr. 3: DC–Überstrom- oder Kurzschlusserkennung
      8.      Anwendungsfall Nr. 4: DC-Link (DC+ zu DC-) Überspannungs- und Unterspannungserkennung
      9.      Anwendungsfall Nr. 5: Übertemperaturerkennung des IGBT-Moduls
    4.     Diskrete DESAT für optokompatible isolierte Gate-Treiber UCC23513 in Motorantrieben
      1.      Kurzfassung
      2.      Einführung
      3.      Systemherausforderung bei isolierten Gate-Treibern mit integriertem DESAT
      4.      Systemansatz mit UCC23513 und AMC23C11
        1.       Systemübersicht und Schlüsselspezifikation
        2.       Schaltplandesign
          1.        Schaltplan
          2.        Konfigurieren des VCE(DESAT)-Schwellenwerts und des DESAT-Bias-Strom
          3.        DESAT-Ausblendzeit
          4.        DESAT Deglitch-Filter
        3.       Referenz-Platinenlayout
      5.      Simulations- und Testergebnisse
        1.       Simulationsschaltung und Ergebnisse
          1.        Simulationsschaltung
          2.        Simulationsergebnisse
        2.       Testergebnisse mit 3-Phasen-IGBT-Inverter
          1.        IGBT-Bremsprüfung
          2.        Testergebnisse mit einem 3-Phasen-Inverter mit Phase-zu-Phase-Kurzschluss
      6.      Zusammenfassung
      7.      Quellennachweise
    5.     Isolierte Spannungserfassung in AC-Motorantrieben
      1.      Einführung
      2.      Fazit
      3.      Quellennachweise
    6.     Hochleistungsfähige isolierte Strom- und Spannungsmessung in Server-Netzteilen
      1.      Anwendungshinweis
  9.   Zusätzliche Referenzdesigns/Schaltkreise
    1.     Entwicklung einer Bootstrap-Ladepumpen-Stromversorgung für einen isolierten Verstärker
      1.      Zusammenfassung
      2.      Einführung
      3.      Bootstrap StromversorgungenDesign
        1.       Auswahl des Ladungspumpenkondensators
        2.       Simulation in TINA-TI
        3.       Hardware-Test mit AMC1311-Q1
      4.      Zusammenfassung
      5.      Referenz
    2.     Taktflankenverzögerungskompensation mit isolierten Modulatoren Digitale Schnittstelle zu MCUs
      1.      Zusammenfassung
      2.      Einführung
      3.      Design-Herausforderung durch Timing-Spezifikationen für digitale Schnittstellen
      4.      Designansatz mit Taktflankenverzögerungskompensation
        1.       Taktsignalkompensation mit Softwarekonfigurierbarer Phasenverzögerung
        2.       Taktsignalkompensation mit Hardware-konfigurierbarer Phasenverzögerung
        3.       Taktsignalkompensation durch Taktrückkehr
        4.       Taktsignalkompensation durch Taktumkehr an der MCU
      5.      Test und Validierung
        1.       Prüfausrüstung und Software
        2.       Testen der Taktsignalkompensation mit softwarekonfigurierbarer Phasenverzögerung
          1.        Testeinrichtung
          2.        Test-Messergebnisse
        3.       Testen der Taktsignalkompensation durch Taktumkehr an der MCU
          1.        Testeinrichtung
          2.        Test-Messergebnisse
            1.         Testergebnis – Keine Taktumkehr des Takteingangs bei GPIO123
            2.         Testergebnis – Taktumkehr des Takteingangs bei GPIO123
        4.       Validierung des Timings digitaler Schnittstellen durch Berechnungstool
          1.        Digitale Schnittstelle ohne Kompensationsmethode
          2.        Häufig verwendete Methode – Reduzierung der Taktfrequenz
          3.        Taktflankenkompensation Mit Software-konfigurierbarer Phasenverzögerung
      6.      Fazit
      7.      Quellennachweise
    3.     Verwendung von AMC3311 zur Stromversorgung des AMC23C11 für isolierte Sensorik und Fehlererkennung
      1.      Anwendungshinweis

Anwendungshinweis

Verschiedene Industriesysteme wie Motorantriebe, Solar- und Windstromwechselrichter und Automobilsysteme wie Traktionswechselrichter erfordern genaue Spannungs- und Strommessungen bei hohen Gleichtaktspannungen. Die Betriebsspannungen in diesen Systemen werden immer höher, um die Ausgangsleistung und den Gesamtwirkungsgrad zu erhöhen und die Kosten zu senken. Höhere DC-Bus-Spannungen ermöglichen höhere Nennleistungen ohne Erhöhung des Strompegels, wodurch die Kupferkosten gleich bleiben. Dies trägt dazu bei, die Kosten der erzeugten Energie pro Einheit zu senken. Ein weiterer Vorteil der höheren Spannung ist der höhere Wirkungsgrad, da die Gesamtleistung bei höherer Spannung zunehmen kann. Wenn sich der Strom jedoch nicht ändert, bleiben die Leitungsverluste ebenfalls gleich.

Bei Photovoltaikanlagen (PV) gibt es einen Trend zur Aufrüstung von Designs von 1000 V DC-Spannungen auf 1500 V DC-Spannungen, um die Vorteile erhöhter Betriebsspannungen nutzen zu können. Es gibt regulatorische Sicherheitsstandards wie IEC 62109-2 in Photovoltaikanlagen, um potenzielle elektrische Gefahren in Verbindung mit der erhöhten Spannung zu vermeiden.

In Motorantriebssystemen (MD) wird IEC61800-5-1 verwendet, um auf die potenziellen elektrischen Gefahren einzugehen. Stromnetze mit höherer Spannung, wie z. B. 690 VAC , lassen sich kostengünstiger installieren und für Hochleistungsanwendungen betreiben. Sie sind daher häufig in industriellen Umgebungen mit hoher Leistung zu finden.

In Schweißgeräten für den industriellen und professionellen Einsatz legt IEC 60974-1 die Sicherheits- und Leistungsanforderungen der Versorgungs- und Schweißschaltung zum Schutz vor Stromschlägen fest.

Bei Elektrofahrzeugen (EVS) gibt es einen starken Trend zur Erhöhung der Batteriespannung von Elektrofahrzeugen, um das Systemgewicht zu senken, die Ladezeit zu verkürzen und die Reichweite zu erhöhen.

Bedarf an Produkten mit großen Luft- und Kriechstrecken

Bei der Entwicklung dieser Systeme müssen die Ingenieure die relevanten regulatorischen Sicherheitsstandards und verschiedene Anforderungen wie Arbeits- und Transientenspannungen, Verschmutzungsgrad und Höhen berücksichtigen, um die Mindestanforderungen an Luft- und Kriechstrecken zu definieren.

Die meisten Verstärker mit verstärkter Isolierung besitzen ein SOIC-Gehäuse mit weniger als 9 mm Luft- und Kriechstrecken. Verbesserte und breitere Gehäuse verhindern eine Verschlechterung entlang der Gehäuseoberfläche und Lichtbögen durch die Luft zwischen den Pins, was die Qualität der Isolierung gewährleistet. Systeme mit Arbeitsspannungen über 1000 VRMS, Impulsspannungsanforderungen über 8000 V, oder Systeme, die für Höhen über NN von mehr als 2000 m oder für einen Verschmutzungsgrad von 2 oder höher ausgelegt sind, erfordern je nach Überspannungskategorie des entworfenen Systems Luft- und Kriechstrecken von mehr als 9 mm.

Wir stellen vor: AMC1411 und AMC1400 im DWL-Gehäuse (Stretched SOIC)

Um die Anforderungen an höhere Luft- und Kriechstrecken zu erfüllen, hat Texas Instruments eine Familie von Hochleistungsverstärkern mit verstärkter Isolierung herausgebracht, AMC1411 (Abbildung 5) und AMC1400 (Abbildung 6).

Isolierte Spannungsmessung mit AMC1411Abbildung 5 Isolierte Spannungsmessung mit AMC1411
Isolierte Strommessung mit AMC1400Abbildung 6 Isolierte Strommessung mit AMC1400

Diese Produkte werden in einem gestreckten SOIC (DWL)-Gehäuse (Abbildung 7) mit einem Abstand von ≥14,7 mm und einer Kriechstrecke von ≥15,7 mm geliefert und sind speziell für den Einsatz in Umgebungen mit hoher Spannung, großer Höhe über NN und hohem Verschmutzungsgrad ausgelegt.

DWL-Gehäuse, 8-poliges SOICAbbildung 7 DWL-Gehäuse, 8-poliges SOIC

AMC1411 und AMC1400 bieten eine verstärkte Isolierung von 10600 VPK gemäß DIN VDE V 0884-11 (VIOTM) und eine Isolierung von 7500 Vrms für 1 Minute pro UL1577 (VISO). Die hohe Isolationsspannung und die hohe Gleichtaktstörfestigkeit (CMTI) von 100 kV/µs gewährleisten einen zuverlässigen und präzisen Betrieb auch in rauen Industrie- und Automobilumgebungen.

Der Eingangsspannungsbereich von 0-2 V, die hohe Eingangsimpedanz, der niedrige Eingangsruhestrom, die hervorragende Genauigkeit und die geringe Temperaturdrift machen den AMC1411 zu einer Hochleistungslösung für isolierte Spannungserkennung.

Der Eingangsspannungsbereich von ±250 mV, die sehr geringe Nichtlinearität und die geringe Temperaturdrift machen den AMC1400 zu einer Hochleistungslösung für isolierte Shunt-basierte Strommessung.

AMC1411 und AMC1400 in Motorantrieben

Abbildung 8 zeigt eine 3-Phasen-Motorantriebsanwendung, bei der die DC-Link-Spannung mit dem AMC1411 überwacht wird und den AMC1400, mit dem der phasenintegrierte Motorstrom pro Phase überwacht wird.

AMC1411 und AMC1400 in MotorantriebenAbbildung 8 AMC1411 und AMC1400 in Motorantrieben

AMC1411 wird zum Messen der DC-Link-Spannung verwendet, die auf ca. 2 V am unteren Widerstand eines Widerstandsteilers mit hoher Impedanz heruntergeteilt wird. Der Ausgang des AMC1411 ist eine analoge Differenzausgangsspannung mit dem gleichen Wert wie die Eingangsspannung, ist aber durch eine verstärkte Isolierungsbarriere galvanisch von der High-Side getrennt.

AMC1400 wird verwendet, um den Phasenmotorstrom zu messen, indem der Spannungsabfall über den Phasenshunt zum Motor gemessen wird.