JAJY148 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.   はじめに
  3.   絶縁型シグナル チェーンの紹介
    1.     絶縁型アンプと絶縁型変調器の比較
      1.      概要
      2.      絶縁型アンプの概要
      3.      絶縁型変調器の概要
      4.      絶縁型アンプと絶縁型変調器の性能比較
      5.      トラクション インバータにおける絶縁型変調器
      6.      推奨する絶縁型アンプおよび変調器
      7.      まとめ
    2.     TI 初の超広範囲の沿面距離と空間距離に対応した絶縁型アンプ
      1.      アプリケーション ブリーフ
  4.   選択ツリー
  5.   電流検出
    1.     絶縁型データ コンバータのシャント抵抗の選択
      1.      17
    2.     絶縁型電流センシングの設計上の考慮事項
      1.      19
      2.      まとめ
      3.      参考資料
      4.      関連ウェブサイト
    3.     ±50mV 入力およびシングルエンド出力を備えた絶縁型電流センシング回路
      1.      24
    4.     ±50mV 入力および差動出力を備えた絶縁型電流検出回路
      1.      26
    5.     ±250mV の入力範囲、シングルエンド出力電圧の絶縁型電流センシング回路
      1.      設計目標
      2.      設計の説明
      3.      デザイン ノート
      4.      設計手順
      5.      設計シミュレーション
      6.      DC シミュレーション結果
      7.      閉ループの AC シミュレーション結果
      8.      過渡シミュレーション結果
      9.      設計の参照資料
      10.      設計に使用されている絶縁型アンプ
      11.      代替絶縁型アンプの設計
    6.     ±250mV 入力および差動出力の絶縁型電流測定回路
      1.      設計目標
      2.      設計の説明
      3.      デザイン ノート
      4.      設計手順
      5.      設計シミュレーション
      6.      DC シミュレーション結果
      7.      閉ループの AC シミュレーション結果
      8.      過渡シミュレーション結果
      9.      設計の参照資料
      10.      設計に使用されているオペアンプ
      11.      設計の代替オペアンプ
    7.     絶縁型過電流保護回路
      1.      52
    8.     差動出力 (絶縁型) アンプからシングルエンド入力 ADC への接続
      1.      54
    9.     AMC3311 を使用して、AMC23C11 に絶縁型センシングとフォルト検出用の電力供給を行う
      1.      アプリケーション ブリーフ
    10.     フロントエンド ゲイン段を備えた絶縁型電流センシング回路
      1.      58
    11.     絶縁型シャント電流検出と閉ループ電流検出の精度の比較
      1.      60
  6.   電圧検出
    1.     絶縁型電圧センシングによる電力変換およびモーター制御の効率性の最大化
      1.      63
      2.      高電圧センシング向けソリューション
      3.      統合型抵抗デバイス
      4.      シングルエンド出力デバイス
      5.      統合型絶縁型電圧センシングのユース ケース
      6.      まとめ
      7.      その他の資料
    2.     高電圧抵抗内蔵の絶縁型アンプおよび変調器で精度と性能を向上
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      高電圧抵抗の絶縁型アンプおよび変調器の利点
        1.       省スペース
        2.       内蔵 HV 抵抗による温度および寿命ドリフトの向上
        3.       精度の結果
        4.       完全に内蔵された抵抗と追加外付け抵抗の例
        5.       デバイス選択ツリーおよび AC/DC の一般的な使用事例
      4.      まとめ
      5.      参考資料
    3.     差動、シングルエンド固定ゲイン、レシオメトリック出力を備えた電圧センシング アプリケーション向け絶縁型アンプ
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      差動、シングルエンド固定ゲイン、レシオメトリック出力の概要
        1.       差動出力を備えた絶縁型アンプ
        2.       シングルエンド固定ゲイン出力を備えた絶縁型アンプ
        3.       シングルエンド レシオメトリック出力を備えた絶縁型アンプ
      4.      アプリケーションの例
        1.       製品選択ツリー
      5.      まとめ
      6.      参考資料
    4.     ±250mV 入力および差動出力、絶縁型電圧測定回路
      1.      93
    5.     AMC3330 を使用したライン間絶縁型電圧測定用の分岐タップ接続
      1.      95
    6.     絶縁アンプと疑似差動入力 SAR ADC を使用した ±12V の電圧センシング回路
      1.      97
    7.     絶縁アンプと差動入力 SAR ADC を使用した ±12V の電圧センシング回路
      1.      99
    8.     絶縁型の低電圧および過電圧検出回路
      1.      101
    9.     絶縁型ゼロクロス検出回路
      1.      103
    10.     差動出力を持つ ±480V の絶縁電圧センシング回路
      1.      105
  7.   EMI 性能
    1.     絶縁型アンプによるクラス最高の放射エミッション EMI 性能
      1.      絶縁型アンプによるクラス最高の放射エミッション EMI 性能
      2.      はじめに
      3.      テキサス・インスツルメンツの現行世代の絶縁型アンプの放射エミッション性能
      4.      テキサス・インスツルメンツの前世代の絶縁型アンプの放射エミッション性能
      5.      まとめ
      6.      参考資料
    2.     AMC3301 ファミリの放射エミッション EMI を減衰させるためのベスト プラクティス
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      入力接続が AMC3301 ファミリの放射エミッションに及ぼす影響
      4.      AMC3301 ファミリの放射エミッションの減衰
        1.       フェライト ビーズとコモン モード チョーク
        2.       AMC3301 ファミリの PCB 回路図とレイアウトのベスト プラクティス
      5.      複数の AMC3301 デバイスの使用
        1.       デバイスの配置
        2.       複数の AMC3301 の PCB レイアウトのベスト プラクティス
      6.      まとめ
      7.      AMC3301 製品ファミリの特性表
  8.   最終製品
    1.     HEV/EV におけるシャント ベースとホール ベースの絶縁型電流センシング ソリューションの比較
      1.      128
    2.     EV (電気自動車) の DC 充電アプリケーションにおける電流センシングの設計上の考慮事項
      1.      概要
      2.      はじめに
        1.       電気自動車用 DC 充電ステーション
        2.       電流センシング技術の選択および等価モデル
          1.        シャント方式のソリューションによる電流センシング
          2.        センシング技術の等価モデル
      3.      AC/DCコンバータの電流センシング
        1.       AC/DC の基本的なハードウェアおよび制御の説明
          1.        AC 電流制御ループ
          2.        DC 電圧制御ループ
        2.       ポイント A、 B – AC/DC AC 位相電流センシング
          1.        帯域幅の影響
            1.         定常状態分析：基本電流およびゼロクロス電流
            2.         過渡分析：ステップ電力応答および一時的な電圧低下応答
          2.        レイテンシの影響
            1.         故障分析：グリッド短絡
          3.        ゲイン誤差の影響
            1.         ゲイン誤差に起因する AC/DC の電源の外乱
            2.         ゲイン誤差に起因する電源の外乱に対する AC/DC 応答
          4.        オフセットの影響
        3.       ポイント C、D – AC/DC DC リンク電流センシング
          1.        帯域幅のフィードフォワード性能への影響
          2.        レイテンシの電源スイッチ保護への影響
          3.        ゲイン誤差の電力測定への影響
            1.         過渡分析：ポイント D のフィードフォワード
          4.        オフセットの影響
        4.       ポイント A、B、C1/2、D1/2 におけるプラス要素とマイナス要素の概要および推奨製品
      4.      DC/DCコンバータの電流センシング
        1.       位相シフト制御を備えた絶縁型 DC/DC コンバータの基本動作原理
        2.       ポイント E、F - DC/DC 電流センシング
          1.        帯域幅の影響
          2.        ゲイン誤差の影響
          3.        オフセット誤差の影響
        3.       ポイント G - DC/DC タンク電流センシング
        4.       センシング ポイント E、F、G の概要と推奨製品
      5.      まとめ
      6.      参考資料
    3.     絶縁型コンパレータを使用して電動モーター ドライブの故障を検出
      1.      はじめに
      2.      電動モーター ドライブの概要
      3.      電動モーター ドライブの障害イベントについて
      4.      電動モーター ドライブで信頼性の高い検出と保護を実現
      5.      使用事例 1：双方向の同相過電流検出
      6.      使用事例 2：DC+ の過電流検出
      7.      使用事例 3：DC– 過電流または短絡の検出
      8.      使用事例 4：DC リンク (DC+ から DC –) の過電圧および低電圧の検出
      9.      使用事例 5：IGBT モジュールの過熱検出
    4.     モーター ドライブにおける UCC23513 フォトカプラ互換絶縁型ゲートドライバ向けディスクリート DESAT
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      DESAT 機能を内蔵した絶縁型ゲート ドライバに関するシステムの課題
      4.      UCC23513 および AMC23C11 を使用したシステム アプローチ
        1.       システムの概要と主な仕様
        2.       回路図の設計
          1.        回路図
          2.        VCE(DESAT) スレッショルドおよび DESAT バイアス電流の構成
          3.        DESAT ブランキング時間
          4.        DESAT グリッチ除去フィルタ
        3.       リファレンス PCB レイアウト
      5.      シミュレーションおよびテスト結果
        1.       シミュレーション回路と結果
          1.        シミュレーション回路
          2.        シミュレーション結果
        2. 3 相 IGBT インバータによるテスト結果
          1.        ブレーキ IGBT テスト
          2.        位相間短絡が発生した 3 相インバータのテスト結果
      6.      まとめ
      7.      参考資料
    5.     AC モーター ドライブの絶縁型電圧検出
      1.      はじめに
      2.      まとめ
      3.      参考資料
    6.     サーバー PSU で電流と電圧の高性能絶縁型センシングを実現
      1.      アプリケーション ブリーフ
  9.   その他のリファレンス デザイン / 回路
    1.     絶縁型アンプ用ブートストラップ チャージ ポンプ電源の設計
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      ブートストラップ電源の設計
        1.       チャージ ポンプ コンデンサの選択
        2.       TINA-TI でのシミュレーション
        3.       AMC1311-Q1 によるハードウェア テスト
      4.      まとめ
      5.      リファレンス
    2.     MCU への絶縁型変調器のデジタル インターフェイスによるクロック エッジ遅延補償
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      デジタル インターフェイスのタイミング仕様に関する設計上の課題
      4.      クロック エッジ遅延補償を使用した設計アプローチ
        1.       ソフトウェアで設定可能な位相遅延によるクロック信号補償
        2.       ハードウェアで構成可能な位相遅延によるクロック信号補償
        3.       クロック復帰によるクロック信号補償
        4.       MCU におけるクロック反転によるクロック信号補償
      5.      テストと検証
        1.       試験装置とソフトウェア
        2.       ソフトウェアで設定可能な位相遅延によるクロック信号補償のテスト
          1.        テスト構成
          2.        テスト測定結果
        3.       MCU におけるクロック反転によるクロック信号補償のテスト
          1.        テスト構成
          2.        テスト測定結果
            1.         テスト結果 – GPIO123 でのクロック入力の反転なし
            2.         テスト結果 – GPIO123 でのクロック入力のクロック反転
        4.       計算ツールによるデジタル インターフェイス タイミングの検証
          1.        補償方法のないデジタル インターフェイス
          2.        一般的に使用される方法 - クロック周波数の低減
          3.        ソフトウェアで設定可能な位相遅延によるクロック エッジ補償
      6.      まとめ
      7.      参考資料
    3.     AMC3311 を使用して、AMC23C11 に絶縁型センシングとフォルト検出用の電力供給を行う
      1.      アプリケーション ブリーフ

デジタル インターフェイスのタイミング仕様に関する設計上の課題

絶縁型 デルタ シグマ 変調器は、外部生成と内部生成の両方のクロック信号に対して、CMOS インターフェイスまたは LVDS インターフェイスのいずれかを使用するインターフェイス オプションを提供します。CMOS インターフェイスを搭載した AMC1306M25 や LVDS インターフェイスを搭載した AMC1305L25 など、外部から供給されたクロック ソースを持つデバイスの場合、クロック信号は MCU からデルタ シグマ変調器のクロック入力にルーティングされます。一方、AMC1303M2520 など、内部にクロック ソースを搭載したデバイスの場合、出力ビットストリームは内部で生成されたクロックに同期します。AMC1306E25 のように、1 線式のデータおよびクロック転送をサポートする、マンチェスター符号化された出力ビット ストリームを持つ絶縁型デルタ シグマ変調デバイスもあります。すべての絶縁型デルタ シグマ変調器について、変調器のデータ出力はデジタルの 1 と 0 のビット ストリームを提供し、クロック エッジに同期してシフト アウトされます。

図 145 に、絶縁型デルタ シグマ変調器 AMC1306M25 と C2000 MCU TMS320F28379D の間の 3.3V I/O を備えた CMOS インターフェイスの概略例を示します。AMC1306M25 には外部のクロック ソースが必要なため、クロック信号はMCU TMS320F28379D によって生成され、デルタ シグマ変調器のクロック入力 CLKIN に供給されます。並行して、生成されたクロック信号も MCU のシグマ デルタ フィルタ モジュール (SDFM) SD1_C1 (GPIO123) へのクロック入力にルーティングされます。システム設計によっては、MCU と絶縁型デルタ シグマ変調器の間のクロック インターフェイスにクロック バッファを搭載することができます。デルタ シグマ変調器の絶縁型データ出力 DOUT は、MCU のシグマ デルタ フィルタ モジュール (SDFM) データ入力 SD1_D1 (GPIO122) に直接接続されています。

TMS320F28379D への AMC1306M25 のデジタル インターフェイスの概略図 145 TMS320F28379D への AMC1306M25 のデジタル インターフェイスの概略

絶縁型デルタ シグマ変調器と MCU の間の有効な通信は、該当するデバイスのデータシートに、セットアップおよびホールドのタイミング要件により記載されます。セットアップ時間とは、MCU 内のデータ信号をキャプチャするため、クロック信号が遷移する前に、データ信号が有効で安定している必要がある時間の長さです。ホールド時間は、クロック信号の遷移が発生した後、信号が有効で安定して保持されなければならない時間です。違反すると誤ったデータがキャプチャされる可能性があるため、MCU のセットアップ時間とホールド時間の要件を満たすことが不可欠です。絶縁型デルタ シグマ変調器と MCU のデジタル インターフェイスのセットアップおよびホールド タイミング要件に互換性がない場合、設計上の課題が発生する可能性があります。

図 146 に、データ ホールド時間 th(MIN) = 3.5ns、データ遅延時間 td (MAX) = 15ns で、5MHz から 21MHz の推奨クロック周波数 (CLKIN) をサポートする AMC1306x のセットアップおよびホールド時間のデジタル インターフェイスのタイミングの概要を示します。

AMC1306x のデジタル インターフェイスのタイミング図 146 AMC1306x のデジタル インターフェイスのタイミング

図 147 に、TMS320F28379D シグマ デルタ フィルタ モジュール (SDFM) のモード 0 のタイミング図の概要を示します。SDx_Dy のデータ入力は、SDFM モジュールの SDx_Cy 信号の立ち上がりクロック エッジを基準として、最小セットアップ時間 tsu(SDDV-SDCH)M0 および最小ホールド時間 th(SDCH-SDD)M0 を満たす必要があります。

TMS320F28379D SDFM タイミング図 - モード 0図 147 TMS320F28379D SDFM タイミング図 - モード 0

モード 0 の TMS320F28379D SDFM モジュールでは、検定済み GPIO (3 サンプル ウィンドウ) で SDFM 動作を使用することを推奨します。このモードでは、入力クロック信号 (SDx_Cy) とデータ入力 (SDx_Dy) のランダム ノイズ グリッチに対する保護が提供され、コンパレータの過電流の誤トリップと Sinc フィルタの誤出力を防止できます。TMD320F28379D を使用した 200MHz システム クロックの最小セットアップ時間およびホールド時間は、両方とも 10ns です (tsu (SDDV-SDCH)M0 (MIN) = 10ns および th(SDCH-SDD)M0 (MIN) = 10ns)。

AMC1306M25 の最小ホールド時間 th (MIN) は 3.5ns であるため、設計上の課題が生じますが、SDx_Cy 信号の立ち上がりクロック エッジを基準として、データ入力 SDx_Dy での正しいデータ取得を維持するには SDFM モジュールで 10ns が必要です。

付加的な課題は、クロック バッファのようなデジタル インターフェイスを使用するシグナル チェーン内の付加的な部品の伝搬遅延や、PCB 上のパターン長によって生じるクロック信号とデータ信号の伝搬遅延が、SDx_Cy と SDx_Dy 入力の間のタイミングに影響を及ぼし、データ入力の正しいアクイジション タイミングが複雑になります。

AMC1305L25 など、LVDS インターフェイスを採用したデルタ シグマ変調器にも、同じことが当てはまります。CMOS インターフェイス タイプの AMC1306M25 デルタ シグマ変調器との唯一の違いは、CMOS インターフェイスを搭載した MCU へのデジタル信号チェーンに LVDS ドライバやレシーバのような追加部品が必要なことで、その結果、伝搬遅延がさらに長くなります。図 148 に、LVDS インターフェイスを備えた絶縁型デルタ シグマ変調器 AMC1305L25 と、CMOS インターフェイスを備えた MCU TMS320F28379D の間のデジタル インターフェイスの概略を示します。

TMS320F28379D への AMC1305L25 のデジタル インターフェイス図 148 TMS320F28379D への AMC1305L25 のデジタル インターフェイス

図 149 に、内部で生成されたクロック ソース AMC1303Mx と、CMOS インターフェイス付きの絶縁型デルタ シグマ変調器と CMOS インターフェイス付きの TMS320F28379D とのデジタル インターフェイスの概略を示します。AMC1303Mx の内部生成されたクロック信号 CLKOUT は、MCU のシグマ デルタ フィルタ モジュール (SDFM) SD1_C1 (GPIO123) に入力されます。デルタ シグマ変調器の絶縁型データ出力 DOUT は、SDFM の MCU データ入力 SD1_D1 (GPIO122) に直接接続されています。

TMS320F28379D への AMC1303M2520 の 3.3V CMOS デジタル インターフェイス図 149 TMS320F28379D への AMC1303M2520 の 3.3V CMOS デジタル インターフェイス

絶縁型変調器を内部クロックとともに使用する場合、デジタル インターフェイスの課題は、絶縁型デルタ シグマ変調器のさまざまなタイミング仕様と MCU のセットアップ時間およびホールド時間に限定されます。クロック信号とデータ信号が同じ長さで配線されている場合、PCB 上のパターン長によって生じるクロック信号とデータ信号の伝搬遅延は無視できます。通常、変調器は MCU に直接インターフェイスされているので、伝搬遅延の増加をもたらすバッファやレベル シフタは不要です。

10MHz および 20MHz クロック バージョンでは、AMC1303Mx のホールド時間 th (MIN) は 7ns、遅延時間 td (MAX) は 15ns です。課題は、AMC1303Mx の最小ホールド th (MIN) が 7ns なのに、セットアップ時間やホールド時間の違反なしに、SDx_Dy でデータ入力を正しく取得するには、SDFM モジュールで 10ns が必要となることです。

AMC1306E25 など、マンチェスター エンコードされたビットストリーム出力を持つ絶縁型デルタ シグマ変調器の場合、データとクロックは 1 線式を使用して転送されます。そのため、受信デバイスのセットアップ時間とホールド時間の要件と変調器のクロックとの関係を考慮する必要はありません。

MCU のセットアップ時間とホールド時間の要件を満たすために一般的に使用される方法と妥協案は、クロック周波数の低減です。ただし、クロック周波数を低くすると、絶縁型デルタ シグマ変調器のデータ出力レートも低下し、電流測定のレイテンシが増加します。より適切な方法は、クロック エッジ遅延補償を使用することで、これにより、セットアップおよびホールドのタイミング要件を満たすために、クロック信号のクロック エッジをデータ信号の理想的なサンプル ポイントに移動できます。この方法を使用すると、クロック周波数の制限がなくなり、絶縁型デルタ シグマ変調器とシステムが最高の性能で動作できるようになります。