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

はじめに

車載用や産業用のモーター ドライブ、ストリング インバータ、オンボード チャージャなどの最終機器は動作電圧が高く、人間が直接扱うには安全でありません。絶縁型電圧測定は、機能を実行する高電圧回路から人間を保護することで、動作を最適化し、人間の安全を確保するのに役立ちます。

高性能を実現するように設計された絶縁型アンプは、絶縁バリアをまたぐ形で電圧測定データを転送します。絶縁型アンプを選択する基準は、絶縁仕様、入力電圧範囲、精度要件、高電圧側への電力供給方式など、その多くはアプリケーションにおける測定場所を反映したものになります。

本書では、AC モーター ドライブの最終機器で一般に行われる 3 つの電圧測定について評価し、適切な絶縁型アンプを選択するためのガイダンスを提供します。

最初の基準は必要な絶縁仕様です。関連する絶縁の定義については [1] で説明しています。テキサス・インスツルメンツの絶縁型アンプと絶縁型変調器は、通常、機器レベルの基本絶縁レベルまたは強化絶縁レベルについて、ドイツ工業規格 (DIN)、ドイツ電気技術者協会 (VDE) 0884-17、DIN 欧州統一規格 (EN) 国際電気標準会議 (IEC) 60747-17、Underwriters Laboratories (UL) 1577 などの規格の認定を受けています。詳細については、各デバイスのデータシートおよび [2] をご覧ください。

入力電圧範囲、精度要件、および高電圧側の電源方式の選択は、アプリケーションで測定される電圧ノードの場所によって異なります。図 130 は、AC モーター ドライブの簡略化されたブロック図を示したものです。電圧測定を行う 3 つの一般的な場所を示してあります。左側が AC 商用電源、中央が DC リンク、右側がモーター位相です。絶縁型アンプは、高い精度と使いやすさから、これらの測定に最適なデバイスです。

AC モーター ドライブ アプリケーション 図 130 AC モーター ドライブ アプリケーション

図 130 の左側の AC 商用電源入力は、多くの場合、米国では 120VRMS/208VRMS、欧州では 230VRMS/400VRMS の中央がアースの 3 相電源システムとして接続されます。この電圧測定に必要な精度は通常低く、必ずしも必要とは限りません。AC 商用電源を測定する場合は、テキサス・インスツルメンツの AMC1350 や AMC3330 など、バイポーラの高インピーダンス入力に対応したデバイスを検討してください。中性電圧を基準とした 3 相 AC 電圧測定を行う場合は、測定を実行する 3 つの絶縁型アンプすべてに対して単一の絶縁型電源を使用できます。3 相 AC 電圧の位相間の電圧を測定する場合は、DC/DC コンバータを内蔵したデバイスを使用して設計を簡素化することを検討してください。図 131 に、対応する AMC3330 の回路図を示します。

AMC3330 絶縁型アンプと内蔵 DC/DC コンバータ 図 131 AMC3330 絶縁型アンプと内蔵 DC/DC コンバータ

モーター ドライブのパルス幅変調 (PWM) デューティ サイクルを計算するには、通常、図 130 の中央に示す DC リンク電圧を 1% 以下の精度で測定する必要があります。

たとえば、ブレーキ動作中は DC リンク電圧が上昇し、回生ブレーキのスイッチをオンにして出力段を保護するためにアクティブに制限する必要があります。低レイテンシの測定により、過電圧イベントへの応答時間が短縮され、ハードウェアの制限に近い範囲でシステムを動作させることができます。その結果、設計マージンの強化とシステム コストの削減を実現できます。DC リンク容量は通常は数 100µF であるため、機器の保守を行う前に DC リンク コンデンサが安全なレベルまで適切に放電されたかどうかを判断するには、低電圧 (100V 未満) の正確な測定が必要になります。さらに、高分解能の AC リップルの測定により、接続されている AC 商用電源の位相損失の検出が可能になるため、グリッド側で位相測定を別途行う必要がなくなります。リップル電圧の周波数は、6 つの半波の整流であるため、60Hz の 3 相商用電源電圧の場合は 360Hz、50Hz の 3 相商用電源電圧の場合は 300Hz になります。低負荷時 (モーターが回転していないとき) は、リップル電圧の大きさが非常に小さくなる可能性があります。そのため、最高の分解能の測定を行うために変調器を選択することもできます。絶縁型アンプと絶縁型変調器の比較の詳細については、[3] をご覧ください。テキサス・インスツルメンツの AMC1351 (0～5V の入力範囲) や AMC1311 (0～2V の入力範囲) などのユニポーラ入力範囲に対応した絶縁型アンプは、DC リンク電圧測定用に特別に設計されています。図 132 に示す絶縁型トランス回路のような高電圧側に電力を供給するには、DC- を基準とするローカル電源が必要です。別のアプローチは、DC/DC コンバータを内蔵した AMC3330 などのデバイスを使用することです。

AMC1311 絶縁型アンプとディスクリート絶縁型トランス回路 図 132 AMC1311 絶縁型アンプとディスクリート絶縁型トランス回路

DC リンク測定と PWM デューティ サイクルに基づいて位相電圧を推定するのではなく、実際の位相電圧を測定することで、センサレス AC モーター ドライブの性能がさらに向上します。位相電圧を直接測定すると、システム内のすべての損失と PWM デッドタイム歪みの影響が含まれるため、より正確な結果が得られます。1 つの方法は、DC レールに対する 3 つの位相すべてを測定することです。3 つのユニポーラ入力絶縁型アンプと 1 つの絶縁型電源を使用して (図 132 を参照)、3 つの絶縁型アンプすべての高電位側に電力を供給します。

ハードウェア コストを節約する別の方法は、位相間の電圧を 2 つのみ測定し、3 つ目は計算することです。この方法では、バイポーラ入力範囲に対応した絶縁型アンプが 2 つで済み、ファームウェア側での追加作業も最小限になります。この 2 つの測定はいずれかの位相電圧を基準にして行われるので、図 133 に示すように、上の絶縁型ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) のフローティング ハイサイド ゲート ドライバ電源から絶縁型アンプに電力を供給する必要があります。AMC3330 などの DC/DC コンバータを内蔵したデバイスを使用すると、回路を大幅に簡素化できるため、さらなるスペース節減とシステム効率の向上を実現できます。

AMC1350 絶縁型アンプとフローティング電源 図 133 AMC1350 絶縁型アンプとフローティング電源

これらの電圧測定のいずれでも、絶縁型アンプの入力範囲に一致するように、高電圧ノードを分圧抵抗でスケール ダウンする必要があります [4]。分圧抵抗回路を設計するときの一般的な課題は次の 3 つです。

  • 検出抵抗を流れる絶縁型アンプからの入力バイアス電流により、オフセット誤差が発生します。
  • 検出抵抗は絶縁型アンプの入力インピーダンスと並列に配置されるため、実効検出抵抗が減少し、ゲイン誤差が発生します。さらに、絶縁型アンプの入力インピーダンスは、プロセスのばらつきにより、デバイス間で ±20% 変動する可能性があり、これを考慮しないとゲイン誤差として現れます。
  • 分圧抵抗と絶縁型アンプの入力インピーダンスの両方で温度ドリフトが発生します。

テキサス・インスツルメンツの絶縁型電圧検出アンプから、入力インピーダンスが高く、入力バイアス電流を無視できるデバイスを選択すると、これらの課題を克服するために必要な労力を大幅に削減できます。ただし、入力バイアス電流がある低入力インピーダンスの絶縁型アンプを使用しても、高精度の電圧測定回路を設計することは可能です [5]。

入力範囲が広い絶縁型アンプは、入力ノイズに対する感度が低く、低い入力レベルで高い精度を実現できます。ただし、入力電圧が高いデバイスでは、表 1 に示すように入力インピーダンスが低くなることが多いため、最高レベルの精度を実現するにはゲイン較正が必要です。高インピーダンス入力デバイスにより、較正なしの精度が向上し、設計の労力が低減されます。テキサス・インスツルメンツの絶縁型アンプの標準誤差と最大誤差の計算をデータシートの精度と比較する際の詳細については、[6] をご覧ください。

表 18 テキサス・インスツルメンツの電圧検出絶縁型アンプ
デバイス 入力電圧範囲 入力インピーダンス 統合型 DC/DC 車載対応
AMC1211A-Q1 0V～2V 1 GΩ なし あり
AMC1311/B 0V～2V 1 GΩ なし あり
AMC1411 0V～2V 1 GΩ なし あり
AMC1351 0V～5V 1.25 MΩ なし あり
AMC3330 ±1 V 1 GΩ あり あり
AMC1350 ±5 V 1.25 MΩ なし あり
ISO224A/B ±12 V 1.25 MΩ なし なし