설계 목표

설계 설명

이 고속, 절연 부족 전압 및 과전압 감지 회로는 조정 가능한 임계값(AMC23C14)을 지원하는 듀얼 절연 윈도우 콤퍼레이터로 구현됩니다. 이 회로는 컨트롤러 측에서 원격 모듈 공급 전압이 유효한 범위에 있는지 감지해야 하는 산업용 필드 공급 애플리케이션용으로 설계되었습니다.

AMC23C14는 100kV/μs(최소)의 높은 CMTI, 조정 가능한 듀얼 윈도우 콤퍼레이터 임계값, 넓은 고압측 공급 전압 범위(3V~27V), 확장된 산업용 온도 범위(-40°C~+125°C)를 지원하는 강력한 강화 절연을 위해 선택되었습니다.

부족 전압 및 과전압 감지 회로 회로도

설계 노트

1. 오류를 최소화하려면 전압 분할기(R₅ 및 R₆) 및 임계값 설정 저항(R₁)에 정밀 저항을 선택하십시오.
2. AMC23C14는 필드 공급에서 전원을 받으며 제너 다이오드와 션트 저항을 사용하여 30V를 초과하는 전압(절대 최대 공급)에 대해 보호됩니다.
3. 원하는 작동 전압 범위를 기반으로 전압 분할기 및 임계값 설정 저항을 선택하십시오.

설계 단계

1. 전원 공급 장치가 최소 유효 작동 전압 20.4(24V – 15%)를 초과할 때 고정된 내부 300mV 임계값을 트립하는 데 필요한 전압 분할기 비율을 결정합니다. V_supp가 원하는 작동 전압 24V일 때 전압 분할기의 총 저항 크기를 조정하여 전류를 100μA로 설정합니다.
   $IN=V_{supp}\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $300 mV=20.4 V\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $V_{supp}=100 \mu A\times (R_5+R_6)$
   $24 V=100 \mu A\times (R_5+R_6)$

   방정식 시스템을 해석하면 R₅ = 236kΩ, R₆ = 3.52 kΩ이 됩니다.

   • 아날로그 엔지니어의 계산기를 사용할 경우 가장 가까운 E96 저항 값은 237kΩ 및 3.48kΩ입니다.
2. 전원 공급 장치가 28.8V(24V + 20%)를 초과할 때 임계값 조정 가능 콤퍼레이터를 트립하도록 임계값 설정 저항의 크기를 조정합니다.
   $IN=V_{supp}\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $IN=28.8 V\left(\frac{3.52 k\Omega }{237 k\Omega +3.52 k\Omega }\right)$
   $IN=0.42 V$
   $V_{ref} = IN$
   $R_1=\frac{V_{ref}}{I_{ref}}= \frac{0.42 V}{100 \mu A}=4.2 k\mathrm{\Omega }$
3. 권장 작동 공급 전압보다 높은 전압으로부터 AMC23C14를 보호하기 위해 27V 제너 다이오드를 선택합니다.

설계 시뮬레이션

다음 이미지는 부족 전압 및 과전압 감지 회로의 SPICE 시뮬레이션 파형입니다. 포함된 것은 VDD1 입력으로, 제너 다이오드가 작동 범위 외부의 전압으로부터 VDD1 입력을 보호함을 보여줍니다. 부족 전압 및 과전압 감지 회로 상승의 SPICE 시뮬레이션 - 상승에는 출력 트리거 지점이 상승 입력 전압에 위치하는 Spice 시뮬레이션을 표시했습니다. 부족 전압 및 과전압 감지 회로 상승의 SPICE 시뮬레이션 - 하강에도 비슷한 이미지가 표시되어 있지만, 출력 트리거 지점이 하강 입력 전압에 위치하고 있습니다. 두 그림을 비교해 보면, 트리거 지점이 0.3V 다르고 하강 전압 입력이 트리거 값이 더 낮다는 차이가 있습니다.

부족 전압 및 과전압 감지 회로 상승의 SPICE 시뮬레이션 - 상승

부족 전압 및 과전압 감지 회로 상승의 SPICE 시뮬레이션 - 하강

측정된 응답

다음 이미지는 부족 전압 및 과전압 감지 회로에서 측정된 출력을 보여주며, 출력을 V_supp 전압(트레이스 1)과 비교합니다. AMC23C14에는 일반적으로 VDD2로 풀업되는 오픈 드레인 출력이 있으며, 입력 전압이 각 콤퍼레이터의 임계값 전압을 초과할 때 저압으로 구동됩니다. 이러한 측정에서 OUT1(트레이스 3)은 V_supp가 28.8V를 초과할 경우 저압으로 전환되고, OUT2는 V_supp가 20.8V를 초과하면 저압으로 전환됩니다. 부품 변동과 콤퍼레이터 이력현상이 트립 임계값에 영향을 줄 수 있지만, 이 경우에는 트립 지점이 원하는 값의 1% 미만 이내에 있게 됩니다. V_supp가 상승 또는 하강하면 전압 임계값이 약간 변합니다. 두 번째 파형은 OUT1이 28.8V 대신 28.6V에서 트리거하는 것을 보여줍니다.

V_supp가 증가하는 파형 캡처

V_supp가 감소하는 파형 캡처

다음 이미지는 부족 전압 및 과전압 감지 회로에서 측정된 출력을 보여주며, AMC23C14 출력을 VIN 전압(트레이스 2)과 비교합니다. 이러한 측정을 통해, 콤퍼레이터 트립 임계값이 300mV에서 내부 콤퍼레이터 임계값으로 설정한 값과 일치하며, 설계 단계 섹션의2 방정식에 정의된 대로 420mV에서 외부에서 설정된 임계값과 일치함을 확인할 수 있습니다.

V_supp가 증가할 때 IN의 파형

V_supp가 감소할 때 IN의 파형

주요 장치 설계

설계 레퍼런스

TI의 포괄적인 회로 라이브러리에 대한 아날로그 엔지니어의 회로 안내서를 참조하십시오.

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