1 はじめに

絶縁アンプは、回路の 2 つの部分を電気的に絶縁するためにガルバニック絶縁を必要とするシステムに不可欠な構成要素です。ガルバニック絶縁を必要とするシステムの適切な例として、高電圧 DC/DC コンバータ、モーター ドライブ、ハイブリッド車 (HEV)、電気自動車 (EV) のトラクション インバータがあります。最も一般的に、絶縁型アンプは電流または電圧を検出し、ガルバニック絶縁バリアをまたぐ形でこの情報をコントローラに転送します。絶縁型アンプは機能においてデルタ シグマ変調器に似ていますが、絶縁型アンプの出力はアナログで、変調器の出力はデジタル信号です。一般的にシステムの実装とテストはよりよく理解されており、マイコン (MCU) による支援が不要であるため、多くのシステムやエンジニアはアナログ出力からの利点を活用できます。

通常、絶縁型アンプの出力は比較型 ADC を使用してインターフェイスします。

逐次比較型 ADC は、マイコンで最も一般的なタイプです。分解能は、低コストの場合は 10b、ハイエンド マイコンの場合は 16b です。この実装の重要な要素は、逐次比較型 ADC のサンプル / ホールド (S/H) 回路がデータ アクイジション中にアナログ信号チェーンを瞬間的に中断することです。マイコンは複数のアナログ入力を備えていますが、ADC ブロックは 1 ブロック、2 ブロック、または 3 ブロックのみです。このため、アナログ入力は、アナログ マルチプレクサ経由で ADC を共有します。C_SH コンデンサは通常リセットされず、前のチャネルの状態を記憶しているため、多重化システムの方が難しくなります。図 1-1は、一例としての簡略図を示しています。

アナログ アンプには 2 種類の出力タイプがあります。

差動出力 (図 1-2) は、絶縁型アンプと ADC の間の物理的距離が長い、またはコネクタを経由するシステムに推奨されます。コントローラに転送される情報は、2 つの相補出力間の電圧差であり、共通グランドに対しての絶対値ではありません。したがって、この出力は ADC と絶縁型アンプとの間の回路に侵入する可能性のある同相モード ノイズを効果的に抑制します。欠点は、多くの ADC が差動信号と直接組み合わせて動作できないことです。この場合、ADC の直近で差動からシングルエンド変換が行われます。差動アンプは ADC 用の信号を変換しますが、測定誤差が増加し、システムの複雑性が増大します。

シングルエンド出力 (図 1-3) は、ADC と直接インターフェイスできるため、差動アンプは必要ありません。通常、このデバイスにはリファレンス電圧入力 (REFIN) があり、出力 (OUT) にオフセットを追加したり、ゲインを設定したりできますり。実装は容易ですが、この構成は同相モード ノイズを除去することはできません。したがって、このタイプの出力は、ADC と絶縁型アンプとの間の距離が比較的短い (10cm 未満) 場合や、同相モード ノイズによる性能低下が許容される場合に適した設計です。

どちらの種類でも、エンジニアはサンプリング プロセスが AC と DC の信号チェーンでの性能損失を回避するためにどのように機能するかを十分に理解する必要があります。