本文將首先介紹共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）規(guī)范及其在系統(tǒng)中的重要性。我們將討論一種新的隔離式Σ-Δ調制器系列及其性能，以及它如何提高和促進系統(tǒng)電流測量精度，特別是失調誤差和失調誤差漂移。最后，將介紹推薦的電路解決方案。

隔離式調制器廣泛用于需要高精度電流測量和電氣隔離的電機/逆變器。隨著電機/逆變器系統(tǒng)的高集成度和高效率革命，SiC和GaN FET因其更小的尺寸、更高的開關頻率和更低的散熱器優(yōu)勢而開始取代MOSFET和IGBT。但是，隔離元件需要高CMTI能力。還需要更高精度的電流測量。下一代隔離調制器大大提高了CMTI能力，并提高了精度本身。

什么是共模瞬態(tài)抗擾度？

共模瞬態(tài)抗擾度指定跨隔離邊界施加的瞬態(tài)脈沖的上升和下降速率，超過該速率，時鐘或數據將損壞。記錄脈沖的變化率和絕對共模電壓（VCM）。

新型隔離調制器在靜態(tài)和動態(tài)CMTI條件下進行了測試。靜態(tài)測試檢測來自設備的單位錯誤。動態(tài)測試監(jiān)測濾波后的數據輸出，以了解隨機應用CMTI脈沖的噪聲性能變化。詳細的測試框圖如圖1所示。

圖1.簡化的 CMTI 測試框圖。

CMTI很重要，因為高壓擺率（高頻）瞬變會破壞跨越隔離柵的數據傳輸。了解和測量對這些瞬變的敏感性至關重要。ADI公司的測試方法基于IEC 60747-17標準，該標準涉及磁耦合器的共模瞬變抗擾度（CMTI）測量方法。

如何在工作臺上表征隔離調制器的CMTI

簡化的CMTI測試平臺包括圖1所示的以下項目：

用于 VDD1/VDD2 的電池電源。

高共電壓脈沖發(fā)生器。

用于監(jiān)控數據的示波器。

用于分析數據的數據采集平臺和用于隔離調制器的256抽取sinc3濾波器。

隔離模塊（通常使用光隔離）。

隔離式調制器。

對于靜態(tài)和動態(tài)CMTI測試，使用相同的平臺，只是輸入信號不同。該平臺還可用于測試其他隔離產品的CMTI性能。對于隔離式調制器，一位流數據將被抽取和濾波，然后傳輸到電機控制系統(tǒng)中的控制環(huán)路，因此動態(tài)CMTI測試性能將更加全面和有用。圖2和圖3顯示了不同CMTI電平下的時域和頻域CMTI動態(tài)測試性能。從圖2可以看出，當為同一隔離調制器添加更高的VCM瞬態(tài)信號時，雜散會變大。當VCM瞬態(tài)信號超過隔離調制器規(guī)格時，時域中會出現非常大的雜散（如圖2c所示）。這在電機控制系統(tǒng)中使用時會產生嚴重后果，導致較大的轉矩脈動。

圖2.時域動態(tài) CMTI 性能。

圖3.頻域動態(tài)CMTI性能。

圖3顯示了不同頻率瞬變下的FFT域性能（這意味著通過改變瞬態(tài)周期來保持VCM瞬態(tài)電平）。圖3中的結果表明，諧波與瞬態(tài)頻率高度相關。因此，隔離調制器的CMTI能力越高，FFT分析中的噪聲水平就越低。與上一代隔離式調制器相比，下一代ADuM770x器件將CMTI能力從25 kV/μs提高到150 kV/μs，從而大大提高了系統(tǒng)瞬態(tài)抗擾度，詳見表1中的比較數據。

系統(tǒng)級補償和校準技術

在電機控制或逆變器系統(tǒng)中，電流數據的精度越高，系統(tǒng)就越穩(wěn)定和高效。失調和增益誤差是ADC中直流誤差的常見來源。圖4顯示了失調和增益誤差如何影響ADC傳遞函數。這些誤差可能導致系統(tǒng)產生轉矩脈動或速度脈動。為了限制誤差對大多數系統(tǒng)的影響，可以在環(huán)境溫度下校準這些誤差。

圖4.ADC傳遞函數的失調和增益誤差。

否則，失調漂移和整個溫度范圍內的增益誤差是一個問題，因為它們更難補償。在系統(tǒng)溫度已知的情況下，對于具有線性和可預測漂移曲線的轉換器，可以通過在曲線上增加補償因子使失調漂移曲線盡可能平坦來實現失調和增益誤差漂移的補償（盡管昂貴且耗時）。應用筆記AN-1377中描述了這種詳細的補償方法。該方法可將AD7403/AD7405數據手冊中規(guī)定的失調漂移系數降低多達30%，增益誤差漂移降低90%，并且當您想要改善系統(tǒng)級失調和增益誤差漂移時，該方法可應用于任何其他轉換器元件。

如何使用切碎技術

或者，對于系統(tǒng)設計人員來說，稱為斬波技術的設計更高效、更方便，并且斬波功能也可以與硅本身很好地集成，以最大限度地減少失調和增益誤差漂移。斬波方案如圖5所示，其中在ADC上實現的解決方案是斬波整個模擬信號鏈，以消除任何失調和低頻誤差。

圖5.

調制器的差分輸入在輸入多路復用器上交替反相（或斬波），并且對斬波的每一相執(zhí)行ADC轉換（將多路復用器切換到“0”或“1”狀態(tài)）。調制器斬波在輸出多路復用器中反轉，然后輸出信號傳遞到數字濾波器。

如果Σ-Δ調制器中的失調表示為V操作系統(tǒng)，則輸出為 （A在（+） ? A在（?）） + V操作系統(tǒng)當 chop 為 0 且輸出為 ?[（A在（?） ? A在(+))4 Ω操作系統(tǒng)]當印章為1時。誤差電壓，V操作系統(tǒng)，通過在數字濾波器中對這兩個結果求平均值來刪除，給出（A在（+） ? A在（?）），等于沒有任何失調項的差分輸入電壓。

最新的隔離調制器通過優(yōu)化內部模擬設計和使用最新的斬波技術，改善了失調和增益誤差相關的性能，從而極大地簡化了系統(tǒng)設計并縮短了校準時間。最新的ADuM770x器件具有最高的隔離電平和最佳的ADC性能。還提供LDO版本，可以簡化系統(tǒng)的電源設計。

推薦的電路和布局設計

電機系統(tǒng)的典型電流測量電路如圖6所示。雖然系統(tǒng)中需要三個相電流測量電路，但框圖中只顯示了一個。其他兩個相電流測量電路相似，用藍色虛線表示。從相電流測量電路中，我們可以看到一側的R。分流電阻連接到ADuM770x-8的輸入端。另一側連接到高壓FET（可以是IGBT或MOSFET）和電機。過壓、欠壓或其他電壓不穩(wěn)定情況總是在高壓FET改變狀態(tài)時發(fā)生。相應地，R的電壓波動分流電阻將傳遞到ADuM770x-8，相關數據將通過DATA引腳接收。布局和系統(tǒng)隔離設計可以改善或降低電壓不穩(wěn)定條件，從而影響相電流測量精度。

圖6.電機系統(tǒng)中的典型電流測量電路。

如圖6所示，推薦的電路設置為：

對于VDD1/VDD2去耦，需要10 μF/100 nF電容，并應盡可能靠近相應的引腳放置。

需要一個10 Ω/220 pF RC濾波器。

建議使用可選的差分電容，以減少分流器的噪聲影響。將電容器靠近 IN+/IN– 引腳放置（建議采用 0603 封裝）。

當數字輸出線路較長時，建議使用82 Ω/33 pF RC濾波器。為了獲得良好的性能，應考慮使用屏蔽雙絞線電纜。

對于更高的性能要求，請考慮使用 4 端子分流電阻器。

為了達到最佳性能，良好的布局也是必要的。推薦的布局如圖 7 所示。建議采用從分流電阻器到IN+/IN–輸入引腳的差分對布線，以增強共模抑制能力。10 Ω/220 pF濾波器應盡可能靠近IN+/IN–輸入引腳放置。10 μF/100 nF去耦電容應靠近VDD1/VDD2電源引腳放置。建議將部分接地層GND1放置在輸入相關電路下方，以提高信號穩(wěn)定性。需要獨立的GND1線（以紫色顯示，與差分對布線線并聯），從分流電阻到ADuM770x-8 GND引腳進行星形連接，以降低電源電流波動效應。

圖7.ADuM770x-8電路的推薦PCB布局。

結論

最新的ADuM770x隔離式Σ-Δ調制器將CMTI提高到150 kV/μs水平，并改善了溫度漂移性能，這極大地有利于電流測量應用。在設計階段，使用推薦的電路和布局會很有幫助。

審核編輯：郭婷