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はじめに

AMC038x は、高電圧センシング用に設計されたガルバニック絶縁型アンプおよび変調器のファミリです。AMC1311 や AMC1336 など、従来の絶縁型アンプや絶縁型変調器とは異なり、これらのデバイスにはハイインピーダンスの内蔵抵抗分圧器が搭載されており、高電圧信号源に直接接続できます。内蔵分圧器は、高い DC 精度、低温度ドリフト、および優れた長期安定性を備えています。AMC038x デバイスは、システム レベルのキャリブレーションなしで、寿命および温度範囲全体にわたって 1% 未満の高精度を実現します。

代表的なアプリケーションでは、内蔵のハイインピーダンス抵抗分圧器が、はるかに低いインピーダンスのディスクリート抵抗分圧器から置き換えられます。比較のために示すと、AMC0386M10 の分圧器のインピーダンスは 12.5MΩ です。代表的なディスクリート実装は、ハイインピーダンスのセンス ポイントへのノイズ結合の懸念があるため、2MΩ ～ 5MΩ の範囲です。このアプリケーション ブリーフでは、大電力アプリケーションにおける実際の動作条件での測定結果を要約します。この結果は、内蔵のハイインピーダンス抵抗分圧器がシステムのスイッチング ノイズの影響を受けないことを示しています。

1. R1 と R2 は抵抗の近似値であり、分圧比を正確に反映していません。

高電力、高性能の車載対応 SIC トラクション インバータのリファレンス デザインである、TIDA-02014 の最新リビジョンは、DC リンク電圧センシング向けの AMC0381M10 デバイスを内蔵しています。図 1 は、PCB 上での実装を示しています。回路図については、TI.com のリファレンス デザイン フォルダを参照してください。

AMC0386M10 は、10MHz 外部クロックを持つ絶縁型変調器です。デジタル出力は、F29H859TU-Q1 マイコン (MCU) のシグマ・デルタ フィルタ モジュール (SDFM) に接続されます。SDFM は、変調器からの 10MHz シングル ビットのデータ ストリームを、10MHz/OSR のサンプル レートで 16 ビットのワードに変換します。2 の補数形式の 16 ビット データには、-32768 から +32767 までの整数を格納できます。ただし、16 ビットの出力に構成された SDFM モジュールは、-16384 〜 +16384 の範囲のデータを出力します。このため、LSB サイズは想定される値の 2 倍になります。表 2 に、システム構成を示します。

このリファレンス デザインは、さまざまな動作条件でモーター ラボにおいてテストされました。テスト中、マイコンは電圧読み取り値を内部のデバッグ メモリに保存します。今回、各動作条件で 1000 件の電圧読み取り値を取得し、ヒストグラムをプロットしました。このヒストグラムの幅と分布は、実際の動作条件が電圧測定サブシステムに与える影響を技術者が特定するのに役立ちます。すべてのテスト中、モーターは 100RPM で動作しています。この機械的速度は、4 極電気モーターの電気周波数での 6.66Hz に相当します。

図 2 に、公称値 400V の DC リンク電圧における電圧読み取り値と、0A、50A、100A、150A 時のピーク位相電流とのヒストグラムを示します。ヒストグラム ビンの幅は、最下位ビット (LSB) のサイズに対応しています。これらのヒストグラムは、分布の幅で表されるノイズフロアが、位相電流の増加に応じて予想どおりにわずかに上昇することを示しています。しかし、データに外れ値は確認されません。表 3 に、テスト結果の概要を示します。実効値 (RMS) ノイズ、信号対雑音比 (SNR)、および有効ビット数 (ENOB) の各パラメータは、ノイズのガウス分布を仮定した近似値です。

式 1 RMS ノイズ (単位 V) を計算：

ここで、

• σ は、SDFM 出力データの標準偏差
• LSB は、最下位ビットのサイズ、単位 V (表 2 を参照)

式 2 SNR (単位 dB) を計算：

ここで、

• V_IN は、AMC0386M10 デバイスの線形入力電圧範囲 (2000V)
• RMS ノイズは、式 1 で求めた値

式 3 ENOB (単位ビット) を計算

ここで、

• SNR は、信号対雑音比 (単位 dB)

図 3 に、固定 50A 相ピーク電流条件での、公称 100V、200V、400V の DC リンク電圧における電圧読取り値のヒストグラムを示します。ヒストグラムは、入力電圧が高くなるとノイズが減少することを示しています。入力電圧が低下すると、入力電流が増加するため、この挙動が予想されます。なお、入力電圧を下げると SNR の計算に影響が及びます。表 4 に結果をまとめます。

商標

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