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在电机和电子设计中常常必须对模拟信号展开隔绝。模拟信号可以支撑代表电压、电流、温度、压力、方位和流量等物理世界的信息,这些模拟信号一般来说必需在具备较小电平劣,或者模块相接地面间具备感应器电气噪声的场合,由一个电路模块传输到另一个。这些少见的电路问题可能会影响数据的精确性、毁坏测量系统,甚至于威胁到使用者的安全性。
隔绝放大器获取了一个可以解决问题这些问题的非常简单且高性价比的方案。这个方案通过使用Sigma-Delta模数转换器和光电耦合技术,在电气隔绝屏障后准确地修复输出信号。使用微型化可自动放入PCB供货,用于这些隔绝放大器展开设计就如同将信号相连到输出并获得隔绝后输入一样非常简单(参看图1)。
图1:隔绝放大器在模拟信号隔绝电路中的用于。 部分用于隔绝放大器的应用于还包括模数转换模块、热电偶和转换器等感应器电路、病患监测设备、电机速度和方位测量电路、音频和视频放大器,以及电源供应器中的电压对系统等。图2表明了隔绝放大器应用于在电机控制系统中作为电流传感器的典型应用于,基于这个电路,我们将辩论几个应当和不应当的作法,协助大家利用隔绝放大器精彩构建模拟信号隔绝设计。 图2:电机控制电路中用于的隔绝放大器电流传感器。
电源供电 应当为隔绝放大器VDD1和VDD2获取独立电源在图2的电路中,来自于高压(或高电位)端的信号必需和高压(较低电位)末端隔绝,某种程度的VDD1和VDD2电源也一样必须隔绝。在这个例子中,低电压末端电源VDD1可以由推展低电压末端功率晶体管的电源供应器获得,而在低电压末端,VDD2则可以相连到一般来说不会和交流市电隔绝的控制器电源。
某种程度的,GND1和GND2也应当各自独立国家。 不应当忽视VDD1和VDD2的旁路电容ACPL-C78X用于Sigma-Delta过取样技术将仿真输出信号切换为可以通过光学屏障传输的高速位流,在输入末端,这个位流再行通过仿真滤波器过滤器并修复输出信号。必须旁路电容的主要原因在于隔绝放大器中信号的高速数字特性。在印刷电路板上,旁路电容C1和C3必需尽量地相似各自的隔绝放大器插槽。
录应当意电源针脚上的电压瞬变电源连接线读过大的电压瞬变有可能导致电气短路情况下器件的损毁,电源插槽上的浪涌也可能会触发器件转入瞄准(latch-up)状态。除了在电源插槽上相连旁路电容外,也可以通过其他方式来减低电源上的噪声和纹波,例如在稳压器的输出上串联一个电阻或电感,就可以和稳压器的输出旁路电容构成一个低通滤波器来减低纹波。 相连输出末端 应当在输出末端重新加入RC抗混叠滤波器在输出末端重新加入抗混叠滤波器,如图2中由R2和C2所包含的RC低通滤波器,可以防止高频噪声混叠到较低频率,导致输出信号的阻碍。
RC低通滤波器也在可靠性上扮演着了十分最重要的角色,它可以有效地减低静电静电和电气短路时流经隔绝放大器输出电路的瞬变浪涌。 应当使用差动输出模式以获得更佳共模噪声诱导能力在图2中,ACPL-C78X使用了单端输出方式相连。由于该隔绝放大器享有仅有差分式输出结构,因此建议用于差分输出相连方式,如图3中的均衡输出模式来获得较好的性能。
两根插槽上信号采样时的电源动作所带给的输出电流不会在滤波器电阻上获得均衡并且互相抵销,感应器到其中任何一根插槽上的噪声不会通过电容C耦合到另一根而构成共模噪声,隔绝放大器回应共模噪声加以诱导从而避免其对输入信号导致阻碍。RA和RB的典型值为22,C则为10nF。 图3:经过修改的差分输出相连。
在低噪声应用于中用于隔绝放大器应当留意闩锁效应CMOS器件的闩锁效应风险必需要细心考虑到,尤其是必要相连到易受经常出现瞬变噪声影响的信号源时。ACPL-C78X的仿真输出结构在设计上考虑到了常常再次发生在低噪声应用环境,例如电机驱动设备和其他电源直流电源系统中的瞬变和浪涌,其它有可能在输出上导致电压瞬变的场合还包括短路和短路。
ACPL-C78X经过-2V到6V的直流电力测试,再加低约-6V的瞬变电压两秒钟,未再次发生闩锁住反应或器件损毁的情况[1]。 应当检查VIN+和VIN-到GND1短路的输出共模电压隔绝放大器的差模输出使用仅有差分电源电容电路构建。
与用于不具备差分式输出的隔绝放大器和模数转换器类似于,设计工程师必需理解一般来说不会在数据手册中标明的输出共模电压。举例来说,ACPL-C78X的产品数据手册就标明VIN+和VIN-的工作输出电压容许为2V,多达这个容许就可能会伤害增益和系统的性能[1]。
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