MVS7200適用于電機控制的隔離放大器

MVS7200具有可靠隔離、較高頻寬和較低訊號傳輸延遲使得它成為電機驅(qū)動系統(tǒng)(交流和無刷直流電機驅(qū)動器，伺服電機驅(qū)動器)、工業(yè)變頻器、太陽能逆變器、風(fēng)力發(fā)電機、電源轉(zhuǎn)換器等設(shè)計應(yīng)用于電子驅(qū)動器等電子功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中的電流檢測和可再生能源系統(tǒng)的最佳隔離電流分流測量解決方案。在典型的電機驅(qū)動程序中，MVS7200可檢測到電機電流通過外部電阻所產(chǎn)生的模擬電壓降，隔離屏障的另一端則產(chǎn)生差分正比于電機電流的差分輸出電壓。

電機驅(qū)動系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)需要可靠的電流監(jiān)視以及強大的抗噪性。與競爭對手AVAGO品牌的HCPL-7840、HCPL-7800、ACPL-7900、TI品牌的AMC1200、AMC1100、SKYWPRKS品牌的SI8920等產(chǎn)品相比，MVS7200器件提供了高達±150KV/us(典型值)的共模瞬變抗擾度(CMTI)。改器件高達±150KV/us(典型值)的共模瞬變抑制能力可在高噪聲的電機控制環(huán)境下檢測電機電流所需的精度和穩(wěn)定性，可減少各類不同的電機控制應(yīng)用中轉(zhuǎn)矩波動。并可確保在要求嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用獲得可靠、準(zhǔn)確的電流數(shù)據(jù)，器件內(nèi)部輸入共模過壓和高邊電源丟失檢測功能有助于故障診斷和系統(tǒng)安全。

共模抑制比測試電路圖

共模抑制比測試電路圖

MVS7200器件采用5V單相電源供電，兼容于3.3V輸出電壓，具有出色的低非線性度和溫漂： 額定范圍內(nèi) 0.01%(典型值)，±1 ppm/°C(典型值) 、低輸入失調(diào)電壓和溫漂：25°C 時±1 mV(最大值)，±4 μV/°C(最大值) 、低增益誤差和溫漂：25°C 時±0.5%(最大值)，±50 ppm/°C(最大值) 和68 dB 信噪比SNR的動態(tài)性能。憑借310KHz帶寬，1.2μs的快速響應(yīng)時間、高達±150 kV/μs(典型值)的共模瞬變抗擾度(CMTI)可捕獲短路和過載情況下的瞬變。

MVS7200功能框圖

MVS7200功能框圖

MVS7200 電氣特性圖

MVS7200 電氣特性圖

應(yīng)用

?工業(yè)電機控制和驅(qū)動

?隔離式開關(guān)電源

?UPS不間斷電源

?工業(yè)和可再生能源逆變器

?通用電流檢測和監(jiān)控

?通用模擬信號隔離

?開關(guān)電源信號隔離

?白色家電中的變速電機控制

?汽車電池和電機/光伏逆變器系統(tǒng)

電流檢測的典型應(yīng)用

電流檢測的典型應(yīng)用電路圖

電流檢測的典型應(yīng)用電路圖

電流檢測的典型應(yīng)用如上圖所示，MVS7200器件被用來放大分流電阻(Rshunt)上的壓降，然后將其傳輸至低壓側(cè)供控制電路處理。MVS7200的差分輸入和高CMTI共模瞬變抑制能力確保在諸如工業(yè)電機驅(qū)動等高噪聲、高功率開關(guān)應(yīng)用中可靠和準(zhǔn)確地測量。在開關(guān)時Rshunt到PGND的電壓可以從0V變化到高母線電壓，因此隔離是必須的。MVS7200器件支持高達3750Vrms(MVS7200UR)或5000Vrms(MVS7200GR)的電氣隔離，因此十分適合高壓工業(yè)應(yīng)用場合。

在三相電機驅(qū)動應(yīng)用中，上述電路可以被重復(fù)三次，每次對應(yīng)一個相電流的測量。

選擇合適的Rshunt

分流電阻值的選擇是功耗和測量精度之間的一種折中。小的電阻值可以減少功耗，而大的電阻值能充分利用Sigma-Delta調(diào)制器滿量程輸入范圍內(nèi)的全部性能。

考慮下列兩個限制條件來選擇合適的分流電阻的值：

* 由標(biāo)稱測量電流在Rshunt上產(chǎn)生的壓降在額定線性差分輸入范圍(Vfsr)內(nèi)。

* 由最大允許的電流在Rshunt上產(chǎn)生的壓降一定不能超過滿量程輸入電壓范圍(Vclipping)。

為了獲得最好的性能，將分流電阻盡可能放在靠近MVS7200的輸入的位置并且保持輸入連接布線的對稱性。這確保發(fā)生在高邊的噪聲同等耦合到輸入端并作為共模信號被抑制。推薦在Rshunt和MVS7200的輸入之間采用開爾文連接，從而消除走線和引腳上的壓降的影響。

輸入濾波器

MVS7200的典型輸入帶是1MHZ。一階無源RC低通濾波器可以被放置在Rshunt和器件的輸入之間來縮窄帶寬。選擇R1=R2=10Ω和C1=20nF可以提供大概400KHz的截止頻率。R1和R2應(yīng)該選擇比MVS7200的輸入電阻小得多的值來減少增益誤差。

電源供電推薦

MVS7200的高邊電源供電可以通過使用齊納二極管(D1)直接從高邊柵極驅(qū)動的電源產(chǎn)生3.3V或5V(±10%)電壓。推薦在離MVS7200的VDD1引腳盡可能近的位置放置0.1uF低等效串聯(lián)電阻的解耦電容(C2)。額外電容(C3)被推薦用來更好地對高邊供電路徑進行濾波，其值可以從2.2uF到10uF的范圍內(nèi)選擇。

類似的，0.1uF解耦電容(C4)和從2.2uF到10uF的電容(C5)應(yīng)該放置在離MVS7200的VDD2引腳盡可能近的位置來對低邊供電路徑進行濾波。 輸出濾波器。

另一個一階無源RC低通濾波器可以放置在MVS7200的輸出和ADC之間來滿足潛在的抗混疊濾波的要求。該濾波器的特性由ADC的結(jié)構(gòu)和采用頻率決定。選擇R4=R5=4.7KΩ和C6=180pF可以提供大概94KHz的截止頻率。

電壓檢測的誤差分析

如下圖所示，MVS7200也可以被用在電壓檢測的應(yīng)用中。電阻R11、R21和R31組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來縮小母線高壓。R11和R21的值通常比R31大很多，保證MVS7200的輸入電壓在額定范圍內(nèi)。

在MVS7200中，電阻R41和R51(或R42和R52)被用來設(shè)定前段運放的增益。典型值是R41=R42=12.5KΩ和R51=R52=50KΩ。電阻R61和R62被用來檢測MVS7200的輸入共模電壓，典型值是R61=R62=100KΩ。

首先考慮R32未使用的情況。MVS7200在這些應(yīng)用中會產(chǎn)生額外的增益誤差和失調(diào)。一方面，MVS7200有限的輸入阻抗和外部檢測電阻R31并聯(lián)，導(dǎo)致阻抗變化繼而產(chǎn)生額外的增益誤差。另一方面，MVS7200的前端差分運放的輸出共模電壓Vcm偏置在1.875V，會產(chǎn)生偏置電流IINP和IINN流過前端電阻網(wǎng)絡(luò)。偏置電流IINP同時流過R31，而IINN在沒有R32的情況下直接流向PGND，會導(dǎo)致不平衡繼而產(chǎn)生額外的失調(diào)。

為了消除偏置電流的影響，和檢測電阻R31相同阻值的電阻R32被推薦在VINN和PGND之間。電阻R31會帶來額外的增益誤差EGA，如式1計算所得。

式1：EGA=R31/(R31+R41)

為了減小上述增益誤差，R31的值(相比于R41)應(yīng)該選取得盡可能小。該增益誤差也可以在系統(tǒng)級別的增益修調(diào)中減小。

電壓檢測的典型應(yīng)用電路圖

電壓檢測的典型應(yīng)用電路圖

審核編輯：湯梓紅