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
定常状態分析：基本電流およびゼロクロス電流

この分析では、グリッド電流はスイッチング ノード (ポイント B) で制御されています。制御対象の電流の一般的なプロファイルを 図 79 に示します。図 79 は、3 つの電流と 3 つの電圧が同位相であり、DC から AC グリッドへの有効電力変換 (グリッドへの 11kW) が可能であることを示しています。図 80 に示す拡大部分は、スイッチング ノードに流れる電流が、50Hz の基本成分と、2 レベル コンバータのスイッチングによって生じる重要な電流リップル振幅で構成されていることを示しています。

公称負荷 11kW で動作する AC/DC コンバータのグリッド電圧と電流 公称負荷 11kW で動作する AC/DC コンバータのグリッド電圧と電流図 79 公称負荷 11kW で動作する AC/DC コンバータのグリッド電圧と電流

図 80 は 図 79 を拡大したもので、整流器電流と 50Hz の基本高調波を持つ平均電流を示しています。

t = 0s の拡大部分 (スパン 100μs)図 80 t = 0s の拡大部分 (スパン 100μs)

AC と DC の間の電力変換は、グリッド周波数で制御された電流によって行われます。したがって、正確な振幅で重要な位相遅延のない電流の基本高調波 (例：I_L1_B_AVG) の測定値を MCU に送る必要があります。50Hz または 60Hz の成分は、同期サンプリングや平均制御などのサンプリング技術によって導き出すことができます。これらの技術を採用することで、デジタル制御ループに重要な位相遅延が発生しないため、ループの高速応答が可能になります 12。逆に、電流センサには帯域幅の制限があるため、理想的な選択肢とは見なされません。電流センサは、MCU 端子で重要な位相遅延や振幅誤差を引き起こす可能性があります。この誤差は、やり取りされる有効電力と無効電力の誤差に反映され、式 47 のように示されます。

式 42. φ = atan(2π fe τ)

ここで、

  • φ は測定された電流と実際の電流との間の位相遅延です。
  • fe は測定された信号の電気的周波数で、このアプリケーションでは 50Hz または 60Hz に相当します。
  • τ は、測定チェーンによって示されるローパス フィルタ動作の一定時間です。

式 47 を使用すると、グリッドの電気周波数の 100 倍 (グリッドが 60Hz の場合は 6kHz) を超えるカットオフ周波数で、0.6° 未満の位相角遅延を達成することができます。この位相シフトにより、有効電力と無効電力の制御誤差は 50Hz または 60Hz で無視できる程度になります。電力変換が行われる成分である 6kHz の帯域幅は、グリッド電流を制御するには十分すぎるほどです。

一般に、50Hz または 60Hz だけが制御が必要な成分ではなく、電力段のデッドタイムによってもたらされるグリッド電流にはより高い周波数成分があり、THD の大幅な増加につながります。高周波成分は、MCU によって補正できるように測定によってキャプチャされなければならず、ソフトウェアによるキャンセルが可能です。デッドタイムが長くなると、図 81 に示すように、特に電流のゼロクロス (11ms) で歪みが大きくなります。この図では、コントローラのデッドタイムが変化したときに、11kW で動作する AC/DC コンバータによって引き出されるポイント A の電流波形を示しています。上のグラフはデッドタイムが 250ns の電流波形、下のグラフはデッドタイムが 1.5μs の電流波形を示しています。

デッド タイム 250ns と 1.5μs を実装した場合に PCC から引き出される電流 (50Hz 動作) デッド タイム 250ns と 1.5μs を実装した場合に PCC から引き出される電流 (50Hz 動作)図 81 デッド タイム 250ns と 1.5μs を実装した場合に PCC から引き出される電流 (50Hz 動作)

デッド タイムが長すぎると、規格で設定された制限を超える大きな THD が発生する可能性があります。この規格に準拠するため、大きな出力フィルタを使用するか、適切なソフトウェア制御を実施する必要があります。この外乱を補償する目的で複数の制御方式が開発されましたが、これらすべてのオプションは、電流センサの十分な帯域幅を必要とします。最小帯域幅要件を決定するため、電流波形の高速フーリエ変換 (FFT) を実行し、外乱の周波数成分を分析しています。

グリッドが最大電力を要求しているときの PCC 電流の FFT 結果を 図 82 に示します。

図 2-6 の電流の FFT および拡大部分 (50Hz) 図 2-6 の電流の FFT および拡大部分 (50Hz)図 82 図 2-6 の電流の FFT および拡大部分 (50Hz)

図 82 で補償すべき最も重要な周波数は、5 次、13 次、17 次高調波で、グリッドが 50Hz で動作している場合、250Hz、650Hz、850Hz になります。これに対応して、グリッドが 60Hz で動作する場合、周波数は 300Hz、780Hz、1020Hz になります。式 47 を新しい周波数に適用することで、電流センシング段から最小帯域幅 102kHz を確保し、高調波を適切に補償する必要があります。

結論として、定常状態分析から、PFC 段に重要なデッドタイムが存在する場合に電流の全高調波歪みを改善するには、60Hz のグリッドがある場合に最小帯域幅 102kHz が必要なことがわかりました。グリッドが 50Hz で動作している場合、最小帯域幅は 95kHz に縮小できます。デッドタイムによって生成される高調波成分は両方の測定ポイントで同じであるため、電流センサの帯域幅は、電流が制御される場所に応じて、ポイント A または ポイント B のいずれかに必要なものです。その理由は、EMI フィルタ (図 76 を参照) がはるかに高い周波数成分に最適化されているため、低周波では重要な効果が得られないからです。