随着工业自动化、新能源产业、电力电子和汽车电子技术的快速发展,各类系统正朝着更高电压、更大功率、更高开关频率和更高功率密度演进。
在光伏逆变器、储能变流器、UPS、电机驱动、OBC和充电桩等应用中,数百伏甚至更高母线电压已成常态,同时SiC、IGBT等高速功率器件的普及也让系统中的共模电压变化率和电磁干扰水平持续攀升。
在此发展背景下,系统高、低压侧之间必须进行电气隔离,以避免高压共模、高速瞬态和开关干扰直接进入低压侧,并保障低压控制系统能准确获取高压侧电流、电压等关键参数,用于闭环控制、状态监测和故障保护。
隔离运放/隔离ADC芯片就是一种能在高、低压侧之间建立电气隔离屏障与数据传输通道的关键器件,具备低非线性度、低失调电压及温漂、高共模瞬变抗扰能力以及较高的隔离可靠性等优势,能在复杂高压环境下实现高精度信号采样。
例如,CMT1300DXX就是一系列基于华普微电容隔离技术,将输出与输入隔离的高性能增强型隔离放大器(即隔离运放芯片)。该系列器件的线性差分输入信号范围为±50mV 或 ±250mV。
差分输入非常适用于需要电气隔离的高压应用场景中,基于分流电阻(Shunt Resistor)的电流检测方案。
注:隔离式放大器是可承受高共模电压的模拟输出集成电路,专为高压系统中的电流、电压检测应用打造,具备高可靠性特性。
CMT1300DXX系列器件固定增益为41V/V或8.2V/V,可将分流电阻产生的毫伏级差分电压放大为更适合后级ADC处理的模拟信号。
例如,当分流电阻上的检测电压为50mV时,经过41倍增益放大后,可以获得约2.05V的差分输出,这意味着系统无需通过增大分流电阻来提高检测电压,从而可以在保证信号幅度的同时兼顾系统功耗。
具体地,CMT1300D05支持典型值为-120dB的直流CMRR,以及典型值为-112dB的交流CMRR;CMT1300D25支持典型值为-106dB的直流CMRR,以及典型值为-106dB的交流CMRR。
在光伏逆变器、UPS、电机驱动和OBC等应用中,分流电阻两端可能只有几十毫伏的有效信号,而其所在节点却可能处于数百伏的高压环境中;高CMRR能够有效降低共模电压对差分测量结果的影响,从而提高复杂高压环境下的采样可靠性。
CMT1300D05支持±0.1 mV(最大值)输入失调电压、-0.8~1 μV/℃(最大值)失调温漂、±0.3%(最大值)增益误差、±50 ppm/℃(最大值)增益温漂;
CMT1300D25支持±0.2mV(最大值)输入失调电压、-2~4μV/℃(最大值)失调温漂、±0.3%(最大值)增益误差、±50 ppm/℃(最大值)增益温漂,可帮助系统在温度变化较大的工业和汽车应用环境中降低因器件参数漂移带来的测量误差,满足宽温工作状态下的电流采样需求。
此外,CMT1300DXX系列器件还支持典型值为310kHz的高带宽,和典型值为86 dB(BW=10 kHz),72 dB(BW=100 kHz)的高信噪比,可极大地降低输入到输出的传播延迟,满足电机控制、PFC、电流环控制等需要较快响应速度的应用需求。
CMT1306MXX是另一系列的高性能Σ-Δ调制器(即隔离ADC芯片),输出与输入分离,基于华普微的电容隔离技术。该器件的线性差分输入信号范围为±50 mV 或±250 mV。差分输入同样非常适合需要隔离的高压应用中基于分流电阻的电流检测。
注:隔离ADC可基于耐受高共模电压的精密 Δ-Σ 调制器,输出数字比特流,适用于高压系统下高性能电流、电压检测应用场景。
CMT1306MXX系列器件支持±50 μV或±100 μV(最大值)的输入失调电压、-0.5~+1.5 μV/℃的失调温漂、±0.2%(最大值)的增益误差、±40 ppm/℃(最大值)的增益温漂,在低电平信号检测和宽温度应用中具有较好的测量一致性,可帮助系统获得更加稳定的长期测量结果。
同时,CMT1306MXX系列器件还具备较好的动态性能与共模抑制比,并能在高速数字信号链中提供典型值为82.5 dB 或 86dB的高信噪比,以及较低的失真和较大的无杂散动态范围。
对于电机电流重构、逆变器控制以及电源监测等应用而言,高质量的采样数据意味着控制器能够更加准确地识别实际电流、电压变化,为后续控制算法提供可靠的数据基础。
从分流电流监测、交流电机控制、不间断电源,到汽车车载充电器、充电桩、电力和太阳能逆变器,CMT1300NXX与CMT1306MXX分别提供了适应不同系统架构的隔离采样方案。
对于希望快速构建模拟采样链、充分利用现有MCU ADC资源的系统,CMT1300NXX能够在高压隔离、高共模抑制和高速响应之间实现平衡。
对于采用DSP、FPGA等数字控制平台,并希望进一步提升数字化程度和采样链灵活性的系统,CMT1306MXX则能够通过Σ-Δ调制和数字比特流输出,为后续数字滤波和控制算法提供更大的设计空间。