この絶縁型単一電源の双方向電流センシング回路は、-50A～50A の負荷電流を正確に測定できます。入力の線形範囲は -50mV～50mV で、差動出力スイングは -2.05V～2.05V、出力同相電圧 (V_CM) は 1.44V です。絶縁型アンプ回路のゲインは 41V/V に固定されています。この設計では、高電圧アプリケーションにおけるオペレータの安全を確保するために、動作電圧は 1200V とする必要があります。

デザイン ノート

1. AMC3302 が選択されたのは、高い精度、小さい入力電圧範囲、シングル ローサイド電源という、この用途における要件が理由です。
2. AMC3302 に電力を供給する VDD には、低インピーダンス、低ノイズのソースを選択します。
3. 最高の精度の測定を求める場合は、温度係数の小さい高精度シャント抵抗を選択してください。
4. 予測されるピーク入力電流レベルに基づいて電流シャント抵抗を選択します。
5. 連続動作の場合は、IEEE 規格に従った通常の条件下において、定格電流の 2/3 を超える電流でシャント抵抗を動作させないでください。消費電力の要件が厳しいアプリケーションでは、シャント抵抗をさらに小さくするか、定格ワット数を増やす必要があるかもしれません。

設計手順

1. 入力電流範囲と絶縁アンプの固定ゲインがある場合、伝達方程式を決定します。
   $V_{OUT}=I_{in}\times R_{shunt}\times 41$
2. 最大シャント抵抗値を決定します。
   $R_{shunt}=\frac{V_{inMax}}{I_{inMax}}=\frac{50 mV}{50 A}=1 m\mathrm{\Omega }$
3. シャント抵抗の最小消費電力を決定します。
   ${Power R}_{shunt}={I_{inMax}}^2\times R_{shunt}=2500 A\times 0.001 \mathrm{\Omega }=2.5\mathrm{ }\mathrm{W}$

DC 伝達特性

以下のグラフでは、AMC3302 差動出力の DC 特性のシミュレーションを示しています。このグラフは、出力が ±50A で線形であることを示しています。

閉ループの AC シミュレーション結果

AC スイープは、差動出力の AC 伝達特性を示しています。AMC3302 のゲインは 41V/V であるため、次の図に示すように 33.25dB のゲインが予想されます。

過渡シミュレーション結果

以下の過渡シミュレーションは、AMC3302 の -50A から 50A までの出力信号を示しています。AMC3302 の差動出力は予想どおり ±2.05Vpk-pk です。

設計の参照資料

テキサス・インスツルメンツの総合的な回路ライブラリについては、『アナログ エンジニア向け回路クックブック』を参照してください。

設計に使用されている絶縁アンプ

代替絶縁型アンプの設計