AMC3302-Q1：汽車應(yīng)用高精度隔離放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的放大器對(duì)于系統(tǒng)性能的提升至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（TI）推出的AMC3302-Q1汽車高精度、±50 - mV輸入、帶集成DC/DC轉(zhuǎn)換器的增強(qiáng)型隔離放大器。

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1. 器件概述

AMC3302-Q1專為基于分流電阻的電流測量而優(yōu)化，其完全集成的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器允許從器件的低端進(jìn)行單電源操作，這一特性使其成為空間受限應(yīng)用的獨(dú)特解決方案。該放大器的增強(qiáng)型電容隔離屏障經(jīng)過VDE V 0884 - 11和UL1577認(rèn)證，可支持高達(dá)1.2 kVRMS的工作電壓，有效保護(hù)低壓側(cè)免受危險(xiǎn)電壓和損壞。

2. 核心特性亮點(diǎn)

2.1 汽車級(jí)認(rèn)證

該器件通過了AEC - Q100汽車應(yīng)用認(rèn)證，溫度等級(jí)為1，工作溫度范圍在 - 40°C至 + 125°C之間，可在3.3 - V或5 - V單電源下工作，集成的DC/DC轉(zhuǎn)換器為其在汽車環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

2.2 高精度測量

• 輸入電壓范圍：±50 - mV的輸入電壓范圍針對(duì)使用分流電阻進(jìn)行電流測量進(jìn)行了優(yōu)化，固定增益為41，能夠精確地測量電流。
• 低直流誤差：偏移電壓最大為±50 μV，偏移漂移最大為±0.5 μV/°C；增益誤差最大為±0.2%，增益誤差漂移最大為±35 ppm/°C；非線性度最大為±0.03%，這些低誤差特性確保了在不同溫度和工作條件下的高精度測量。

2.3 高共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）

CMTI最小值為95 kV/μs，這意味著該放大器能夠在存在高共模瞬態(tài)干擾的環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能，有效減少干擾對(duì)測量結(jié)果的影響。

2.4 系統(tǒng)級(jí)診斷功能

具備系統(tǒng)級(jí)診斷特性，通過DIAG引腳可以監(jiān)測器件的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，如高端電源故障或數(shù)據(jù)傳輸中斷，放大器輸出會(huì)進(jìn)入故障安全模式，方便工程師進(jìn)行系統(tǒng)診斷和故障排查。

2.5 電磁兼容性（EMI）

符合CISPR - 11和CISPR - 25 EMI標(biāo)準(zhǔn)，減少了電磁干擾對(duì)周圍電路的影響，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。

2.6 安全認(rèn)證

獲得了多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如根據(jù)DIN VDE V 0884 - 11的6000 - VPK增強(qiáng)型隔離認(rèn)證，以及根據(jù)UL1577的4250 - VRMS一分鐘隔離認(rèn)證，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了保障。

3. 應(yīng)用領(lǐng)域

AMC3302-Q1適用于多種汽車應(yīng)用中的分流電阻式電流傳感，包括混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）/電動(dòng)汽車（EV）充電樁、HEV/EV車載充電器（OBC）、HEV/EV DC/DC轉(zhuǎn)換器以及HEV/EV牽引逆變器等。在這些應(yīng)用中，高共模電壓環(huán)境下的精確電流測量是關(guān)鍵，而AMC3302-Q1憑借其高精度和高抗干擾能力，能夠滿足這些應(yīng)用的需求。

4. 詳細(xì)功能剖析

4.1 模擬輸入

AMC3302-Q1的差分放大器輸入級(jí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)二階開關(guān)電容前饋ΔΣ調(diào)制器，其增益由內(nèi)部精密電阻設(shè)置，差分輸入阻抗為RIND。模擬輸入信號(hào)（INP和INN）有一定的限制，輸入電壓必須在絕對(duì)最大額定值和推薦工作條件范圍內(nèi)，以確保器件的線性度和參數(shù)性能。

4.2 數(shù)據(jù)隔離通道信號(hào)傳輸

采用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過內(nèi)部產(chǎn)生的480 MHz高頻載波將調(diào)制器輸出的比特流通過基于SiO?的電容隔離屏障傳輸。這種傳輸方式優(yōu)化了傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了高共模瞬態(tài)抗擾度和低輻射發(fā)射。

4.3 模擬輸出

提供差分模擬輸出（OUTP和OUTN），對(duì)于 - 50 mV至50 mV的差分輸入電壓，具有線性響應(yīng)，標(biāo)稱增益為41。當(dāng)輸入電壓超過50 mV但小于64 mV時(shí)，輸出電壓繼續(xù)增加但線性度降低，當(dāng)輸入電壓超過VClipping值時(shí)，輸出飽和。此外，該放大器還提供故障安全輸出，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，輸出一個(gè)負(fù)的差分輸出電壓，方便系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測。

4.4 隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器

集成的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器包括低端低壓差穩(wěn)壓器（LDO）、低端全橋逆變器和驅(qū)動(dòng)器、層壓空芯變壓器、高端全橋整流器以及高端LDO。采用擴(kuò)頻時(shí)鐘生成技術(shù)減少電磁輻射的頻譜密度，諧振器頻率與ΔΣ調(diào)制器同步，以減少對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，支持器件的高模擬性能。該轉(zhuǎn)換器能夠?yàn)楦叨穗娐诽峁╊~外的DC電流，可用于驅(qū)動(dòng)可選的輔助電路。

4.5 診斷輸出

DIAG引腳為開漏輸出，可用于監(jiān)測器件的工作狀態(tài)。在正常工作時(shí)，該引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài)；當(dāng)出現(xiàn)異常情況，如高端電源故障或數(shù)據(jù)傳輸中斷時(shí)，該引腳被拉低，同時(shí)放大器輸出進(jìn)入故障安全模式。

5. 應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

以車載充電器（OBC）的功率因數(shù)校正（PFC）級(jí)輸出電流測量為例，AMC3302-Q1的集成隔離電源解決了高端無可用電源的問題，其雙極性輸入電壓范圍適用于雙向電流傳感。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 電源供應(yīng)：AMC3302-Q1需要一個(gè)3.3 - V或5 - V的單電源，高端電源由集成DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部生成。
• 分流電阻選型：根據(jù)所需測量的電流，使用歐姆定律計(jì)算分流電阻上的電壓降。選擇分流電阻時(shí)，要確保標(biāo)稱電流范圍內(nèi)的電壓降不超過推薦的差分輸入電壓范圍，最大允許過電流時(shí)的電壓降不超過導(dǎo)致輸出削波的輸入電壓。
• 輸入濾波器設(shè)計(jì)：在隔離放大器前放置一個(gè)RC濾波器，以提高信號(hào)路徑的信噪比。濾波器的截止頻率應(yīng)至少比ΔΣ調(diào)制器的采樣頻率（20 MHz）低一個(gè)數(shù)量級(jí)，輸入偏置電流不應(yīng)在輸入濾波器的直流阻抗上產(chǎn)生顯著的電壓降，并且從模擬輸入測量的阻抗應(yīng)相等。
• 差分轉(zhuǎn)單端輸出轉(zhuǎn)換：對(duì)于使用單端輸入ADC的系統(tǒng)，可以使用TLV313 - Q1等電路將模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

5.2 電源供應(yīng)建議

為了確保AMC3302-Q1的穩(wěn)定工作，需要對(duì)電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜ヱ?。建議在VDD引腳附近放置一個(gè)1 nF的低ESR去耦電容，然后再放置一個(gè)1 - μF的電容來過濾電源路徑。DC/DC轉(zhuǎn)換器的低端使用一個(gè)100 - nF的低ESR電容進(jìn)行去耦，高端使用一個(gè)1 - μF的電容和一個(gè)1 - nF的低ESR電容進(jìn)行去耦。高端LDO使用一個(gè)1 - nF的低ESR電容和一個(gè)100 - nF的去耦電容。此外，為了獲得最佳的EMI性能，建議在INP、INN和HGND信號(hào)線上放置鐵氧體磁珠。

5.3 布局指南

在PCB布局時(shí)，要將去耦電容盡可能靠近AMC3302-Q1的電源引腳放置，分流電阻應(yīng)靠近器件的INP和INN輸入，并保持兩個(gè)連接的布局對(duì)稱。為了避免輸入偏置電流導(dǎo)致的測量誤差，應(yīng)使用單獨(dú)的走線將高端接地引腳（HGND）連接到分流電阻的IIN側(cè)，以保持IIN和INP走線中的電流相等。

6. 總結(jié)

AMC3302-Q1憑借其高精度、高抗干擾能力、集成隔離電源和系統(tǒng)級(jí)診斷功能等特性，成為汽車應(yīng)用中分流電阻式電流傳感的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇分流電阻、設(shè)計(jì)輸入濾波器和進(jìn)行PCB布局，以充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似放大器的過程中遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。