KOKY056 E-book

KOKY056 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
머리말
절연 신호 체인 소개
1. 절연 증폭기와 절연 모듈레이터 비교
  1. 요약
  2. 절연 증폭기 소개
  3. 절연 모듈레이터 소개
  4. 절연 증폭기와 절연 모듈레이터 간의 성능 비교
  5. 트랙션 인버터의 절연 모듈레이터
  6. 절연 증폭기 및 모듈레이터 권장 사항
  7. 결론
2. 매우 넓은 연면 및 간극을 지원하는 TI의 첫 번째 절연 증폭기
  1. 애플리케이션 요약
선택 트리
전류 감지
1. 절연 데이터 컨버터를 위한 션트 레지스터 선택
  1. 17
2. 절연 전류 감지에 대한 설계 고려 사항
  1. 19
  2. 결론
  3. 참고 자료
  4. 관련 웹사이트
3. ±50mV 입력 및 단일 종단 출력을 지원하는 절연 전류 감지 회로
  1. 24
4. ±50mV 입력 및 차동 출력을 지원하는 절연 전류 감지 회로
  1. 26
5. ±250mV 입력 범위 및 단일 종단 출력 전압을 지원하는 절연 전류 감지 회로
  1. 설계 목표
  2. 설계 설명
  3. 설계 노트
  4. 설계 단계
  5. 설계 시뮬레이션
  6. DC 시뮬레이션 결과
  7. 폐쇄형 루프 AC 시뮬레이션 결과
  8. 과도 시뮬레이션 결과
  9. 설계 레퍼런스
  10. 주요 절연 증폭기 설계
  11. 대체 절연 증폭기 설계
6. ±250mV 입력 및 차동 출력을 지원하는 절연 전류 측정 회로
  1. 설계 목표
  2. 설계 설명
  3. 설계 노트
  4. 설계 단계
  5. 설계 시뮬레이션
  6. DC 시뮬레이션 결과
  7. 폐쇄형 루프 AC 시뮬레이션 결과
  8. 과도 시뮬레이션 결과
  9. 설계 레퍼런스
  10. 주요 연산 증폭기 설계
  11. 대체 연산 증폭기 설계
7. 절연 과전류 보호 회로
  1. 52
8. 단일 종단 입력 ADC에 차동 출력(절연) 증폭기 인터페이싱
  1. 54
9. AMC3311을 활용하여 절연 감지 및 고장 감지를 위해 AMC23C11에 전원 공급
  1. 애플리케이션 요약
10. 프론트 엔드 게인 단계를 지원하는 절연 전류 감지 회로
  1. 58
11. 절연 션트 및 폐쇄형 루프 전류 감지의 정확도 비교
  1. 60
전압 감지
1. 절연 전압 감지를 통해 전력 변환 및 모터 제어 효율 극대화
  1. 63
  2. 고전압 감지용 솔루션
  3. 집적 레지스터 장치
  4. 단일 종단 출력 장치
  5. 통합 절연 전압 감지 사용 사례
  6. 결론
  7. 추가 리소스
2. 통합 고전압 저항 절연 증폭기 및 모듈레이터로 정확도와 성능 향상
  1. 요약
  2. 머리말
  3. 고전압 저항 절연 증폭기 및 모듈레이터의 장점
    1. 공간 절약
    2. 통합 HV 저항의 온도 및 수명 드리프트 개선
    3. 정확도 결과
    4. 완전 통합 저항기와 추가 외부 저항기의 비교 예시
    5. 장치 선택 트리 및 일반적인 AC/DC 사용 사례
  4. 요약
  5. 참고 자료
3. 전압 감지 애플리케이션을 위한 차동, 단일 종단 고정 게인 및 비율 측정 출력을 지원하는 절연 증폭기
  1. 요약
  2. 머리말
  3. 차동, 단일 종단 고정 게인 및 비율 측정 출력 개요
  4. 애플리케이션 예시
    1. 제품 선택 트리
  5. 요약
  6. 참고 자료
4. ±250mV 입력 및 차동 출력을 사용하는 절연 전압 측정 회로
  1. 93
5. AMC3330을 사용한 라인 간 절연 전압 측정을 위한 분할 탭 연결
  1. 95
6. 절연 증폭기와 의사 차동 입력 SAR ADC를 지원하는 ±12V 전압 감지 회로
  1. 97
7. 절연 증폭기와 차동 입력 SAR ADC를 지원하는 ±12V 전압 감지 회로
  1. 99
8. 절연 부족 전압 및 과전압 감지 회로
  1. 101
9. 절연 제로 크로스 감지 회로
  1. 103
10. 차동 출력을 지원하는 ±480V 절연 전압 감지 회로
  1. 105
EMI 성능
1. 절연 증폭기를 사용한 동급 최고의 방사 방출 EMI 성능
2. AMC3301 제품군 방사 방출 EMI를 감쇠하기 위한 모범 사례
  1. 요약
  2. 머리말
  3. 입력 연결이 AMC3301 제품군 방사 방출에 미치는 영향
  4. AMC3301 제품군 방사 방출 감쇠
    1. 페라이트 비드 및 공통 모드 초크
    2. AMC3301 제품군의 PCB 회로도 및 레이아웃 모범 사례
  5. 여러 AMC3301 장치 사용
    1. 장치 방향
    2. 여러 AMC3301에 대한 PCB 레이아웃 모범 사례
  6. 결론
  7. AMC3301 제품군 표
완제품
1. HEV/EV의 션트 및 홀 기반 절연 전류 감지 솔루션 비교
  1. 128
2. DC 전기차 충전 애플리케이션의 전류 감지를 위한 설계 고려 사항
  1. 요약
  2. 머리말
    1. 전기 자동차용 DC 충전소
    2. 전류 감지 기술 선택 및 동급 모델
      1. 션트 기반 솔루션으로 전류 감지
      2. 감지 기술의 동급 모델
  3. AC/DC 컨버터의 전류 감지
    1. AC/DC의 기본 하드웨어 및 제어 설명
      1. AC 전류 제어 루프
      2. DC 전압 제어 루프
    2. 지점 A 및 B – AC/DC AC 위상 전류 감지
      1.        대역폭의 영향
        
                정상 상태 분석: 기본 및 제로 크로싱 전류
        
                과도 현상 분석: 스텝 전력 및 전압 저하 응답
      2. 지연의 영향
        
        고장 분석: 그리드 단락
      3.        게인 오류의 영향
        
                게인 오류로 인한 AC/DC의 전력 장애
        
                게인 오류로 인한 전력 장애에 대한 AC/DC 응답
      4. 오프셋의 영향
    3. 지점 C 및 D – AC/DC 링크 전류 감지
      1. 대역폭이 피드포워드 성능에 미치는 영향
      2. 지연이 전원 스위치 보호에 미치는 영향
      3. 게인 오류가 전력 측정에 미치는 영향
        
        과도 현상 분석: 지점 D의 피드포워드
      4. 오프셋의 영향
    4. 지점 A, B, C1/2 및 D1/2및 제품 제안의 장점과 단점 요약
  4. DC/DC 컨버터의 전류 감지
    1. 위상 변이 제어를 사용하는 절연 DC/DC 컨버터의 기본 작동 원리
    2. 지점 E, F-DC/DC 전류 감지
      1. 대역폭의 영향
      2. 게인 오류의 영향
      3. 오프셋 오류의 영향
    3. 지점 G - DC/DC 탱크 전류 감지
    4. 감지 지점 E, F, G 및 제품 제안 요약
  5. 결론
  6. 참고 자료
3. 전기 모터 드라이브의 오류 감지를 위해 절연 콤퍼레이터 사용
4. 모터 드라이브의 옵토 호환 절연 게이트 드라이버 UCC23513용 개별 DESAT
  1. 요약
  2. 머리말
  3. DESAT가 통합된 절연 게이트 드라이버의 시스템 과제
  4. UCC23513 및 AMC23C11을 통한 시스템 접근 방식
    1. 시스템 개요 및 주요 사양
    2. 회로도 설계
      1. 회로도
      2. VCE(DESAT) 임계값과 DESAT 바이어스 전류 구성
      3. DESAT블랭킹 시간
      4. DESAT 디글리치 필터
    3. 레퍼런스 PCB 레이아웃
  5. 시뮬레이션 및 테스트 결과
    1. 시뮬레이션 회로 및 결과
      1. 시뮬레이션 회로
      2. 시뮬레이션 결과
    2. 3상 IGBT 인버터를 사용한 테스트 결과
      1. 브레이크 IGBT 테스트
      2. 위상 간 단락이 발생한 3상 인버터에 대한 테스트 결과
  6. 요약
  7. 참고 자료
5. AC 모터 드라이브의 절연 전압 감지
  1. 머리말
  2. 결론
  3. 참고 자료
6. 서버 PSU에서 고성능 절연 전류 및 전압 감지 달성
  1. 애플리케이션 요약
추가 레퍼런스 디자인/회로
1. 절연 증폭기를 위한 부트스트랩 충전 펌프 전원 공급 장치 설계
  1. 요약
  2. 머리말
  3. 부트스트랩 전원 공급 장치 설계
    1. 충전 펌프 커패시터 선택
    2. TINA-TI에서 시뮬레이션
    3. AMC1311-Q1을 사용한 하드웨어 테스트
  4. 요약
  5. 참조
2. MCU로의 절연 모듈레이터 디지털 인터페이스를 사용한 클록 에지 지연 보상
  1. 요약
  2. 머리말
  3. 디지털 인터페이스 타이밍 사양의 설계 과제
  4. 클록 에지 지연 보상을 사용한 디자인 접근 방식
  5. 테스트 및 검증
  6. 결론
  7. 참고 자료
3. AMC3311을 활용하여 절연 감지 및 고장 감지를 위해 AMC23C11에 전원 공급
  1. 애플리케이션 요약

머리말

낮은 저항의 정밀 인라인 저항을 션트 저항기라고 합니다. 하이브리드, 전기 및 파워 트레인 시스템, EV 충전 인프라, 모터 드라이브 같은 고전압 차량용 및 산업용 애플리케이션에서 그리고 션트 레지스터는 절연 데이터 컨버터와 함께 이용하여 제어 루프의 피드백 알고리즘을 구동하는 전류를 측정하면서 기능을 수행하는 고전압 회로로부터 디지털 회로를 보호합니다. 텍사스 인스트루먼트는 고객이 절연 데이터 변환 요구 사항을 해결할 수 있도록 정전식 절연 장벽을 갖춘 광범위한 절연 증폭기, 절연 ADC 및 절연 비교기 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 텍사스 인스트루먼트의 정전식 절연 장벽은 종종 100년 이상 작동할 수 있는 경우가 많습니다. TI의 정전식 절연 장벽에 대한 자세한 내용은 절연 링크를 참조하십시오.

절연 션트 및 폐쇄형 루프 전류 감지 정확도 비교 애플리케이션 요약에서 보여주듯이 션트 기반 전류 감지는 업계 최고의 정확도, 자기 간섭에 대한 내성, 장기 안정성, 높은 선형성, 낮은 오프셋 드리프트, 여러 프로젝트로의 확장성 및 가격을 낮출 수 있습니다. 션트는 인쇄 회로 기판(PCB)에 대한 배출구 연결을 위한 섀시 장착, 표면 장착 또는 리드일 수 있습니다. 다양한 션트 저항기 중에서 선택할 수 있으며, 주어진 애플리케이션에 적합한 션트 저항기를 선택하는 것이 항상 간단한 것은 아닙니다. 이 애플리케이션 개요에서는 절연 전류 감지에 자주 사용되는 션트 저항 및 이와 관련한 장단점에 대해 설명합니다.

저항 및 전력 손실 요구 사항 계산

션트 저항을 선택하려면 먼저 절연 전류 감지를 위한 설계 고려 사항 문서에서 설명한 대로 절연 데이터 컨버터의 연속 및 최대 전류 크기와 선형 풀스케일 입력 전압 범위를 기반으로 필요한 저항 및 전력 손실 정격을 계산해야 합니다. 그러나 션트 레지스터 최대 온도가 자체 발열로 인해 데이터 시트에 나열된 등급을 초과하지 않도록 주의를 기울여야 합니다. 정상 조건에서 션트 저항은 설계가 적절한 방열을 허용한다고 가정할 때 정격 전류의 3분의 2 이상을 지속적으로 작동할 수 없습니다. 방열 기술은 애플리케이션에 따라 다르며 전류를 전달하는 PCB 트레이스 또는 주 도체, 방열판 또는 강제 공기 냉각을 위한 팬의 무게나 크기를 늘리는 등 다양한 방법으로 구현할 수 있습니다. 애플리케이션이 충분한 방열을 허용하지 않는 경우, 션트 저항이 정격 전류의 4분의 1 수준을 넘어서면 제대로 작동하지 못할 수 있습니다. 이 전 류 외에도 저항을 추가로 감소하거나 선택한 션트 레지스터의 전력 손실 정격을 증가시키는 것이 필요할 수 있습니다.

표면 실장 저항의 경우 PCB 트레이스에 대한 전도를 통해 자체 생성 열의 약 90%가 소산됩니다. 그림 11에서는 전류를 전달하는 PCB 트레이스 크기를 늘리는 것이 효과적인 방열 기술임을 보여줍니다. 표면 장착, 금속 요소, 1mΩ, 2512(5W) 및 3920(8W) 패키지 션트 저항의 시뮬레이션 열 성능이 자연 및 강제 공기 냉각과 함께 표시되어 있습니다. 결과는 션트 정격 전류(%) 대 PCB 크기(mm²)로 제공되며, 여기서 선택한 션트 레지스터의 최대 온도(170°C)에 도달한 것으로 표시됩니다.

그림 11 션트 정격 전류 대 PCB 크기

애플리케이션에서 션트 레지스터의 성능을 확인하려면 최대 공칭 작동 중에 션트 레지스터의 터미널 온도를 측정하고 션트 레지스터의 데이터 시트에서 전력 출력 전류를 확인하여 작동이 지정된 범위 내에 있는지 확인합니다. 이 방법은 저항성 물질이 지정된 최대 온도를 초과하지 않을 뿐만 아니라 지정된 온도 드리프트 계수가 유효하다는 것을 유지합니다.

예상 출력 전압 및 전력 손실을 계산할 때는 과도 및 단락 전류 크기를 고려하십시오. 션트 레지스터의 물리적 속성을 영구적으로 변경하거나 단회로를 생성할 위험이 있기 때문에 데이터 시트에 명시된 션트 레지스터의 단기 과부하 전력 손실 사양을 위반해서는 안 됩니다. 또한 데이터 시트의 절대 최대 정격 표에 표시된 대로 절연 데이터 컨버터 절대 최대 입력 전압 사양이 두 조건 모두에 대해 위반되지 않는지 확인합니다. 텍사스 인스트루먼트의 절연 데이터 컨버터의 입력 핀은 일반적으로 고압측 접지와 관련하여 손상 위험 없이 –6V에서 최대 고압측 공급 전압 +500mV까지의 전압을 견딜 수 있습니다.

장착, 구조 및 재질 유형

일단 저항 및 전력 손실 요구 사항을 계산하면, 표 4에 요약된 것처럼 추가적인 선택 기준을 고려해야 합니다.

표 4 션트 선택 요약

디스플레이	금속 요소	금속 호일	금속 요소	권선
설치 방법	표면 실장	표면 실장	섀시 마운트	섀시 마운트 또는 리드
저항 범위(Ω)	0.1m – 1	0.5m – 0.7	25µ – 0.1	R > 5m
와트 범위(W)	1/16 – 20	1/80 – 10	¼ – 100	½ – 1k
공차 범위(%)	0.1 – 5	0.01 – 10	0.1 – 1	0.1 – 10
드리프트 범위(ppm/C°)	15 – 750	0.2 – 1k	20 – 100	20 – 400
펄스 용량(C°)	최대 275	최대 225	최대 175	275+
비용	+	++	+++	+++/+

표면 실장, 금속 요소 션트 저항은 낮은 저항, 높은 와트 용량, 공정한 초기 정확도 및 낮은 비용을 제공하기 때문에 절연 전류 감지에 가장 널리 사용됩니다. Bourns®의 CSS2H 및 Vishay®의 WSLP와 같은 션트 저항 시리즈는 절연 전류 감지에 적합합니다. 높은 초기 정밀도 또는 금속 요소가 제공할 수 있는 온도보다 낮은 드리프트가 필요한 애플리케이션은 Ohmite®의 FC4L과 같은 금속 포일을 고려할 수 있습니다. 하지만 전력 손실 정격은 일반적으로 낮으며 금속 요소에 비해 비용이 높습니다. 표면 실장 저항에 대한 레이아웃 고려 사항에는 TI Precision Labs의 이 전류 감지 증폭기 션트 레지스터 레이아웃 비디오에 설명된 대로 단락과 고르게 매칭된 감지 연결을 통해 절연 데이터 컨버터 가까이에 배치할 수 있습니다. 또한 이 TI E2E™ 블로그에 나와 있는 것처럼 낮은 저항(<500µΩ)을 가진 표면 실장 저항용 PCB 패드를 설계할 때 주의를 기울여야 합니다. 마지막으로, PCB 제조업체와 함께 작업할 때 올바른 납땜 리플로우 프로세스를 설정했는지 확인합니다. 잘못 설치하면 패드의 납땜 접촉 저항, 작동 중 열 분산 불균형 또는 개방 회로 때문에 초기 오류가 높아질 수 있습니다.

섀시 장착 저항은 인라인 컨덕터 설치를 지원하고 자체 생성 열을 PCB로 분산하지 않으므로 높은 전류가 필요한 애플리케이션에서 자주 사용됩니다. 금속 요소 섀시 장착 저항은 최소 25µΩ의 저항과 최대 100W의 와트를 허용하는 반면, 섀시 장착 와이어 권선 저항은 탁월한 펄스 파워 기능을 제공합니다. 장착 시 기본 연결부의 볼트, 리벳 또는 크림프 조인트가 과다하거나 조여지지 않도록 각별히 주의하십시오. 기본 도체 라인에 저항이 추가되면 불필요한 또는 불균형 전력 손실 및 아날로그 오류가 발생할 수 있습니다. 자세한 내용은 섀시 장착 저항기 제조업체에 문의하십시오.

가장 높은 정확도가 필요한 애플리케이션의 경우 1차 전류 전달 리드(켈빈 연결)와 독립적으로 차동 감지 연결을 지원하는 4개의 터미널 션트 레지스터를 고려하십시오. 켈빈 연결은 감지 요소 리드의 온도 드리프트가 줄어들기 때문에 2단자 션트에 비해 더 높은 정확도를 제공하지만, 잘못된 설치를 통해 1차 전류가 감지 연결을 통해 흐르게 되어 절연 데이터 컨버터가 손상될 수 있으므로 비용이 일반적으로 더 높고 추가 위험이 있습니다. 대부분의 션트 저항기는 온도에 대한 저항 변화를 상대적으로 예측 가능한 상태로 제공하여 전력 손실로 인한 주변 온도 또는 자체 발열의 변화에도 불구하고 탁월한 정확도를 제공하기 때문에 션트 레지스터 로컬 온도 측정을 주기적으로 업데이트하도록 할 수 있습니다.

결론

TI의 절연 증폭기, 절연 ADC 또는 절연 콤퍼레이터와 올바른 션트 레지스터를 페어링하면 업계 최고의 정확도, 자기 간섭에 대한 내성, 장기간 안정성, 높은 선형성, 낮은 드리프트, 여러 프로젝트로의 확장성, 낮은 가격 등을 갖춘 측정 결과를 달성할 수 있습니다.