AMC0381R：高精度高壓直流輸入隔離放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設計工作中，對于高精度、高可靠性的隔離放大器的需求始終存在。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（Texas Instruments）推出的AMC0381R這款精密、高壓直流輸入、具有單端比例輸出的隔離放大器。

文件下載：amc0381r.pdf

一、產品特性亮點

1. 集成式高壓電阻分壓器

AMC0381R集成了高壓電阻分壓器，無需外部電阻即可直接進行直流電壓傳感。這不僅簡化了電路設計，還減少了外部元件帶來的誤差和干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 寬電壓范圍支持

參考輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，高側（VDD1）和低側（VDD2）電源電壓范圍均為3.0V至5.5V。這種寬電壓范圍的支持使得AMC0381R能夠適應不同的電源系統(tǒng)，增強了其通用性。

3. 低直流誤差

在直流誤差方面表現出色，包括±1.5mV（最大）的失調誤差、±20μV/°C（最大）的失調漂移、±0.25%（最大）的衰減誤差、±40ppm/°C（最大）的衰減漂移以及0.025%（最大）的非線性度。這些低誤差特性確保了在不同溫度和工作條件下，都能實現高精度的電壓測量。

4. 高共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）

CMTI達到150V/ns（最?。?，這意味著它能夠在存在高共模瞬態(tài)干擾的環(huán)境中穩(wěn)定工作，有效抑制干擾信號對測量結果的影響。

5. 低電磁干擾（EMI）

符合CISPR - 11和CISPR - 25限制，減少了對周圍電子設備的電磁干擾，提高了整個系統(tǒng)的電磁兼容性。

6. 多種輸入選項

提供AMC0381R06（600V，10MΩ）、AMC0381R10（1000V，12.5MΩ）和AMC0381R16（1600V，33.5MΩ）三種輸入選項，工程師可以根據具體的應用需求選擇合適的型號。

7. 安全認證

具備嚴格的安全相關認證，如根據DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）的(7000 ~V{PK})加強隔離以及根據UL 1577的(5000 ~V{RMS})一分鐘隔離，為系統(tǒng)的安全運行提供了可靠保障。

8. 寬溫度范圍

在擴展的工業(yè)溫度范圍（–40°C至+125°C）內完全規(guī)格化，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

二、應用領域廣泛

AMC0381R的特性使其在多個領域都有出色的應用表現：

1. 服務器電源單元（PSU）

在服務器電源系統(tǒng)中，需要對高壓直流電壓進行精確測量和監(jiān)控。AMC0381R的高精度和高隔離性能能夠滿足服務器電源單元對電壓測量的嚴格要求，確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2. 儲能系統(tǒng)（ESS）

儲能系統(tǒng)中涉及到高電壓的存儲和管理，AMC0381R可以準確測量電池組的電壓，為儲能系統(tǒng)的充放電控制和安全管理提供重要依據。

3. 太陽能逆變器

太陽能逆變器需要將太陽能電池板輸出的直流電轉換為交流電，在這個過程中需要對直流輸入電壓進行精確測量。AMC0381R的高線性度和低誤差特性能夠滿足太陽能逆變器對電壓測量的高精度要求，提高逆變器的轉換效率。

4. 電動汽車充電站

電動汽車充電站的充電過程涉及到高電壓和大電流，AMC0381R可以用于測量充電電壓，確保充電過程的安全和穩(wěn)定。

三、詳細技術解析

1. 工作原理

AMC0381R是一款精密的電流隔離放大器，具有高電壓直流、高阻抗輸入和單端比例輸出。其輸入級驅動一個二階ΔΣ調制器，將模擬輸入信號轉換為數字位流，通過基于(SiO_{2})的電容隔離屏障傳輸到低側。在低側，接收到的位流由模擬濾波器處理，在OUT引腳輸出一個以GND2為參考的單端信號，該信號與輸入信號成比例。

2. 引腳配置與功能

3. 性能參數

絕對最大額定值

包括電源電壓、模擬輸入電壓、參考輸入電壓、模擬輸出電壓、輸入電流、溫度等參數的最大額定值。超出這些額定值可能會導致設備永久損壞，因此在設計時必須嚴格遵守。

ESD額定值

人體模型（HBM）為±2000V，帶電設備模型（CDM）為±1000V。在處理和安裝過程中，需要采取適當的靜電防護措施，以避免ESD對設備造成損壞。

推薦工作條件

在推薦的工作條件下，設備能夠實現最佳的性能。例如，高側電源電壓VDD1為3V至5.5V，低側電源電壓VDD2為3V至5.5V，參考輸入電壓VREFIN為2.7V至VDD2等。

熱信息

包括結到環(huán)境的熱阻、結到外殼（頂部）的熱阻、結到電路板的熱阻等參數，這些參數對于評估設備的散熱性能和可靠性非常重要。

功率額定值

不同型號在不同測試條件下的最大功率耗散有所不同，在設計電源系統(tǒng)時需要考慮這些功率額定值，以確保設備的正常工作。

絕緣規(guī)格

包括最大重復峰值隔離電壓、最大額定隔離工作電壓、最大瞬態(tài)隔離電壓、最大脈沖電壓等參數，這些參數體現了設備的隔離性能和安全性。

電氣特性

涵蓋了模擬輸入、參考輸入、模擬輸出、直流精度、交流精度、電源等多個方面的特性參數，如輸入電阻、電阻分壓器比例、共模瞬態(tài)抗擾度、輸出電阻、輸入失調電壓等。這些參數是評估設備性能的重要依據。

四、設計應用指南

1. 典型應用設計

以一個典型的三相電機驅動的交流逆變器應用為例，AMC0381R直接連接在DC(+)和DC(–)之間，低側柵極驅動器電源調節(jié)到5V為AMC0381R的高壓側供電。在信號域，AMC0381R輸出一個與直流母線電壓成比例的電壓。

2. 設計要求與步驟

設計要求

• 直流母線電壓：最大450V
• 高側電源電壓：5V
• 低側電源電壓：3.3V

詳細設計步驟

• 選擇合適的型號：根據最大直流母線電壓，選擇線性輸入范圍最接近峰值輸入電壓的型號。在這個例子中，AMC0381R06的線性輸入范圍為600V，是一個合適的選擇。
• 輸入濾波器設計：在SNSP引腳連接一個濾波電容，以提高信號路徑的信噪比。輸入濾波器的截止頻率由內部感應電阻R2和外部濾波電容C5決定，計算公式為(1 /(2 ×pi ×R 2 ×C 5))。
• 連接REFIN引腳：參考輸入具有有限的輸入阻抗，在從高阻抗源驅動REFIN引腳時需要考慮這個阻抗。從REFIN到GND2連接一個100nF的電容，以濾除參考輸入的高頻噪聲。

3. 電源供應建議

在典型應用中，AMC0381R的高側電源（VDD1）通常由低側電源（VDD2）通過隔離式DC/DC轉換器生成。高側和低側電源都需要用低ESR的100nF電容和1μF電容進行去耦，并且這些電容應盡可能靠近設備放置。

4. 布局設計

布局指南

• 去耦電容應盡可能靠近AMC0381R的電源引腳放置。
• 注意保持爬電距離和電氣間隙，以滿足安全要求。

  布局示例

  提供了一個推薦的布局示例，包括HVIN、VDD2、OUT、REFIN等引腳的布置，以及去耦電容、保護環(huán)等元件的位置。

五、文檔與支持

1. 相關文檔

德州儀器提供了一系列相關文檔，如隔離術語表應用筆記、半導體和IC封裝熱指標應用筆記、ISO72x數字隔離器磁場抗擾度應用筆記等，這些文檔可以幫助工程師更好地理解和使用AMC0381R。

2. 文檔更新通知

工程師可以在ti.com上的設備產品文件夾中注冊通知，每周接收產品信息的更新摘要。

3. 支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、可靠答案和設計幫助的重要來源，可以在論壇上搜索現有答案或提出自己的問題。

六、總結與思考

AMC0381R以其卓越的性能、廣泛的應用領域和詳細的設計支持，為電子工程師在高壓直流電壓測量和隔離應用中提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設計過程中，工程師需要根據具體的應用需求，合理選擇型號、優(yōu)化電路設計和布局，以充分發(fā)揮AMC0381R的性能優(yōu)勢。同時，也要注意遵守設備的安全規(guī)范和使用要求，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。大家在使用AMC0381R的過程中，有沒有遇到過一些特別的問題或者有什么獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。