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HCPL-7800A/HCPL-7800 隔离放大器

时间:2020-1-14, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

说明

设计了HCPL-7800(A)隔离放大器系列用于电子马达驱动中的电流感应。典型的实现,电机电流通过外部电阻和由此产生的模拟电压降被感测通过HCPL-7800(A)。差分输出电压为在HCPL-7800(A)光学系统的另一侧创建隔离屏障。该差动输出电压与电机电流成比例,可转换为使用运放的单端信号,如推荐的应用电路。因为共模电压在几十个纳秒在现代开关逆变器中很常见电机驱动,HCPL-7800(A)被设计为忽略非常高的共模瞬态转换率(至少10千伏/微秒)。HCPL-7800(A)隔离的高CMR性能放大器提供所需的精度和稳定性高噪声电机电流的精确监测控制环境,提供更平滑的控制(较少的“转矩脉动”)在各种类型的电机控制中应用。

本产品也可用于一般模拟信号要求高精度、高稳定性的隔离应用,以及类似严重噪声条件下的线性度。对于一般应用,我们建议使用HCPL-7800(获得±3%的公差)。用于精密应用AvagoTechnologies为HCPL-7800A提供了部分到部分获得±1%的公差。HCPL-7800(A)采用西格玛delta(∑-∏)模数转换器技术,斩波稳定放大器,全差分电路拓扑。这些特性共同提供了无与伦比的隔离模式噪声抑制,以及出色的偏移和随着时间和温度的变化获得精确性和稳定性。这种性能是在一个紧凑的、可自动插入的、符合工业标准的8针DIP封装中提供的全球监管安全标准。表面安装选项#300也可用)。

特征

15千伏/微秒共模抑制(VCM=1000伏)

小巧、可自动插入的标准8针DIP封装

0.00025 V/V/℃增益漂移与温度

0.3 mV输入偏移电压

100 kHz带宽

0.004%非线性

全球安全认证:UL 1577(3750 Vrms/1分钟)和CSA、IEC/EN/DIN EN 60747-5-2

先进的Sigma-Delta(∑-∏)A/D转换器技术

全差分电路拓扑

应用

电机相位和轨道电流感应

逆变器电流感应

开关电源信号隔离

通用电流传感和监测

通用模拟信号隔离

注:强烈建议使用非氯活性焊剂

从25摄氏度到最高温度的时间最长为8分钟。

最高温度=200摄氏度,最低温度=150摄氏度

IEC/EN/DIN EN 60747-5-2绝缘特性[1]

笔记:

1.绝缘特性仅在安全最大额定值范围内保证。必须通过应用中的保护电路来确保。表面贴装分类为符合CECC0802的A级。

2.有关方法a和方法b局部放电试验剖面图的详细说明,请参阅隔离和控制组件设计人员目录中的光耦部分,位于产品安全规定部分(IEC/EN/DIN EN 60747-5-2)下。

3.参考下图了解PS和环境温度的关系。

直流电气规范

除非另有说明,否则所有类型和数字均处于标称工作条件下,即:VIN+=0,VIN-=0 V,VDD1=VDD2=5 V,TA=25°C;所有最小/最大规格均在推荐的操作条件范围内。

交流电气规范

除非另有说明,否则所有类型和数字均处于标称工作条件下,即:VIN+=0,VIN-=0 V,VDD1=VDD2=5 V,TA=25°C;所有最小/最大规格均在推荐的操作条件范围内

笔记:

一般说明:典型值代表所有表征装置在标称运行条件下的平均值。典型漂移规范是通过计算每个特性单元的规定参数与漂移参数(在标称工作条件下),然后平均个别单价。相应的漂移图是标准化的在正常工作条件下,显示发生了多少漂移由于粒子漂移参数与其标称值不同所有其他参数保持在其标称工作值。请注意下表中的典型漂移规格可能不同于对应图中所示的平均曲线的斜率。

1.Avago Technologies建议在车辆识别号-=0 V(连接至GND1)。将车辆识别号+限制在100毫伏将改善直流非线性和非线性漂移。如果车辆识别号高于VDD1–2伏,则进行内部测试模式可能被激活。此测试模式用于测试LED耦合不供客户使用。

2.这是输入偏移量变化与温度的绝对值。

3.增益定义为差分输出最佳拟合线的斜率电压(VOUT+–VOUT-)与差分输入电压(VIN+–VIN-)之比超过指定的输入范围。

4.这是增益变化与温度的绝对值。

5.非线性定义为峰间输出偏差的一半从最佳匹配增益线,表示为满标度差分输出电压的百分比。

6.NL100是输入电压范围内规定的非线性00毫伏。

7.输入电源电流随着差动输入电压的减小而减小(车辆识别号+–车辆识别号-)降低。

8.最大指定输出电源电流发生在差分输入电压(VIN+-VIN)= -200毫伏,最大推荐操作输入电压。但是,对于高达大约300毫伏,超过它的输出电源电流。保持不变。

9.因为输入sigma delta的开关电容特性转换,显示时间平均值。

10.当差分输入信号超过约308 mV时,输出将限制在所示的典型值。

11.短路电流是产生的输出电流量当输出对VDD2或接地短路时。

12.CMRR被定义为差分信号的比率增益(在引脚2和3之间差分应用的信号)至共模增益(连接在一起的输入引脚和信号同时应用于两个输入),用分贝表示。

13.输出噪声来自两个主要来源:斩波器噪声以及sigma-delta量化噪声。斩波器噪声源于输出运算放大器的斩波稳定。它发生在频率(通常在室温下为400 kHz),不被内部输出滤波器衰减。滤波器电路可以很容易地添加到外部后放大器以降低总rms输出噪音。内部输出滤波器消除了sigma-delta量化噪声。输出的大小量化噪声在较低频率下非常小(低于10 kHz)并且随着频率的增加而增加。

14.共模瞬态抗扰度拒绝)通过对引脚4(GND1)相对于引脚5(GND2)施加指数上升/下降电压阶跃进行测试。上升时间测试波形被设置为大约50纳秒。振幅调整步骤的,直到差分输出(VOUT+–VOUT-)与平均输出偏差超过200毫伏电压超过1微秒。如果施加的共模斜率超过10千伏/微秒,则HCPL-7800(A)将继续工作,如只要观察到击穿电压限制。

15.数据表值是当1vpk-pk,1MHz方波时HCPL-7800(A)的输出VDD1和VDD2的上升和下降时间均为40 ns。

16.根据UL 1577,每个光耦通过施加绝缘测试电压≥4500 Vrms 1秒(泄漏)进行验证测试检测电流限值,II-O≤5μA)。此测试在局部放电100%生产试验(方法b)如IEC/EN/DIN EN 60747-5-2绝缘特性表。

17.输入输出瞬时电压为电介质不应解释为输入输出的额定电压连续额定电压。有关连续额定电压,请参阅符合IEC/EN/DIN EN 60747-5-2绝缘特性表和你的设备水平安全规范。

18.这是一个双端测量:针脚1–4短接在一起引脚5-8短接在一起。

应用程序信息

电源和旁路

建议的电源连接如所示图。一种浮动电源(在许多应用中,它可以是用来驱动高压侧功率晶体管)使用一个简单的齐纳二极管(D1);电阻R4的值应该选择现有的足够电流浮动供应。电流感应电压电阻器(Rsense)应用于HCPL的输入端-7800(A)通过RC抗混叠滤波器(R2和C2)。虽然应用电路比较简单,但是应遵循建议以确保最佳表演。HCPL-7800(A)的电源通常是从相同的电源获得功率晶体管栅极驱动电路。如果是专用电源在许多情况下,在现有变压器上增加附加绕组是可能的。否则,可以使用某种简单的隔离电源,例如线路供电变压器或高频DC-DC转换器。廉价的78L05三端稳压器也可以用于将浮动电源电压降低到5 V帮助衰减高频电源噪声或纹波,电阻或电感可与调节器的输入,形成一个低通滤波器调节器的输入旁路电容器。

如图所示,0.1μF旁路电容器(C1、C2)应尽可能靠近HCPL-7800(甲)。需要旁路电容器,因为内部信号的高速数字特性HCPL-7800(甲)。由于开关电容器的原因,在输入端也推荐使用0.01μF的旁路电容器(C2)输入电路的性质。输入旁路电容器也构成抗混叠滤波器的一部分,建议用于防止高频噪声产生混叠低频干扰输入信号。输入滤波器还具有重要的可靠性功能,可减少ESD事件引起的瞬态峰值流过电流感应电阻器。

PC板布局

印刷电路板的设计应遵循良好的布局实践,如保留旁路电容器靠近电源引脚,保持输出信号远离从输入信号,地面和动力飞机的使用,此外,印刷电路板的布局也会影响HCPL-7800(A)的隔离瞬态抗扰度(CMTI),主要是由于输入和输出电路。以获得最佳的CMTI性能方面,PC板的布局应尽量减少保持最大可能的杂散耦合电路输入侧和输出侧之间的距离确保电脑上的任何地面或电源板董事会不会直接通过下方或延伸得更广而不是HCPL-7800(A)的主体。

电流传感电阻器

电流感应电阻器应具有低电阻(至最小化功耗),低电感(最小化di/dt感应电压尖峰可能对以及合理的公差(以保持整体电路精度)。为电阻通常是介于功耗最大化。较小的感测电阻降低功耗,而较大的利用感测电阻提高电路精度HCPL-7800(A)的全部输入范围。选择感测电阻器的第一步是确定电阻将感应多少电流。图表在图中显示了三相异步电动机作为平均值的函数电机输出功率(马力,hp)和电机驱动电源电压。意义的最大值电阻由被测电流决定并且推荐的输入电压为隔离放大器。最大感应电阻能以妈妈推荐的方式计算输入电压除以正常运行时应能看到感测电阻器。为了例如,如果电机具有最大的均方根电流10 A,在正常工作时,峰值电流为21.1 A(=10 x1.414 x 1.5)。假设最大输入电压为200MV,这种情况下的感测电阻的最大值大约是10 mΩ。

意义上的最大平均功耗电阻也可以通过乘以感测电阻乘以最大均方根的平方电流,在前面的例子中大约是1W。如果感测电阻的功耗太高电阻可以降低到最大值以下以减少功耗。的最小值感测电阻的设计精度和精度要求是有限的。当电阻值降低时,电阻的输出电压也降低了,这意味着偏移和噪声是固定的,成为一个更大比例的信号放大器。这个感测电阻的选择值会下降在最小值和最大值之间,取决于关于特定设计的特殊要求。当感应到足够大的电流导致感测电阻的加热,温度系数电阻的(tempco)会引入非线性,因为电阻的信号依赖性温升。这个电阻对环境热阻的影响随着电阻的增大而增大。通过减少电流感测电阻器的热阻或使用温度较低的电阻器。降低热阻可以通过重新定位来实现PC板上的电流感应电阻器,使用更大的PC板痕迹带走更多热量,或使用散热器。

对于双端电流感应电阻器,作为电阻降低,引线电阻降低成为总抵抗力的重要百分比。这对电阻精度有两个主要影响。第一,感测电阻器的有效电阻可以变成取决于以下因素它们弯曲了,插入板有多远,以及在组装过程中,焊料对引线的吸力有多大(稍后将更详细地讨论这些问题)。第二,引线通常由材料制成,例如作为铜,它的温度比电阻元件本身的材料,导致整体温度更高。

当四个终端使用电流感应电阻器。四端电阻器有两个连接Kelvin的附加端子直接穿过电阻元件本身;这两个端子用于监测使用其他两个端子时的电阻元件以承载负载电流。因为开尔文关联,负载电流导线上的电压降对测量电压没有影响。当为电流感应布置PC板时电阻,有几点要记住。这个应将Kelvin连接至电阻器一起在电阻体下面,然后运行彼此靠近HCPL-7800(A)的输入;这最小化连接的循环区域并减少杂散磁场干扰的可能性与被测信号。如果感应电阻不是与HCPL-7800(A)电路位于同一PC板上,一对紧密的双绞线也能达到同样的效果事情。此外,PC板的多层可用于增加载流量。每个非开尔文终端周围都应该有许多贯穿孔板有助于在PC板的层。PC板应使用2或4盎司的铜层,导致载流容量超过20 A。使载流PC板上相当大的痕迹也可以改善感测电阻器的功率耗散能力散热器。负载电流进入过孔的自由使用并建议退出PC板。

感测电阻器连接

连接HCPL的推荐方法-电流感应电阻7800(A)如图所示。VIN+(HPCL-7800(A)的引脚2)连接到检测电阻器的正极端子,而VIN-(pin3) 电源对GND1(引脚4)短路返回路径作为负向的检测线电流检测电阻器的端子。这样就可以连接HCPL的一对电线或PC板轨迹-到感测电阻器的7800(A)电路。通过引用感测电阻器负极的输入电路,电阻上任何负载电流引起的噪声瞬态被视为共模信号,不会干扰有电流感应信号。这很重要,因为流经电机驱动的大负载电流,以及电路布线,可产生噪声峰值和与较小的偏移量相比相对较大的偏移量在电流中测量的电压感应电阻器。如果两个闸门使用相同的电源驱动电路和电流感应电路重要的是从HCPL的GND1连接-7800(A)到感测电阻器是按顺序向栅极驱动电源供电以消除潜在的接地回路问题。唯一的HCPL-7800(A)电路之间的直接连接栅极驱动电路应该是正电源供应线。输出端外部后放大电路中的运算放大器应具有足够高的精度,以便造成大量偏移或偏移漂移相对于隔离放大器的贡献。通常,双极输入级运算放大器比使用JFET或MOSFET输入级。此外,运算放大器也应该有足够的带宽和转换速率,使其不会对影响整个电路的响应速度。后放大器电路包括一对电容器(C5和C6)形成单极低通滤波器;这些电容器允许调整后放大器的带宽独立于增益,有助于减少隔离放大器的输出噪声。许多电路中可以使用不同的运算放大器,包括:MC34082A(摩托罗拉)、TLO32A、TLO52A和TLC277(德州仪器),LF412A(国家半导体)。后放大器中的增益设置电阻器应具有公差为1%或更好,以确保足够的CMRR和整个电路有足够的增益。电阻器与使用离散电阻相比,可以使用具有更好比率公差的网络。一个电阻网络还减少了电路的元件总数以及所需的板空间。

1.1:当霍尔效应传感器不可用时,我为什么要使用HCPL-7800(A)来感应电流需要隔离电源电压吗?提供自动插入式8针蘸液包HCPL-7800(A)比HCPL-7800(A)小,线性度好,偏移与温度和共模抑制(CMR)性能优于大多数霍尔效应传感器。此外,通常需要输入侧电源可以从相同的电源中获得栅极驱动光耦。

2.感测电阻器和输入滤波器

2.1:哪里可以得到10 mΩ电阻器?我从没见过那么低。虽然低于10Ω以上的值,但是有不少电阻器制造商适合当与HCPL-7800(A)。示例产品信息可能是可在戴尔的网站(/vishay)上找到/以及Isotek的网站()。

2.2:我是否应该将两个输入连接到感应电阻器上而不是接地车辆识别码-直接到引脚4?这不是必要的,但它会起作用的。如果是的话,一定要在针脚2(车辆识别号+)和针脚3(车辆识别号-)上使用RC滤波器限制两个焊盘的输入电压。

2.3:我真的需要在输入端加一个RC过滤器吗?这是怎么一回事?为了什么?R和C的其他值可以吗?所示的输入抗混叠滤波器(R=39Ω,C=0.01μF)在典型应用中,建议使用从输入端过滤快速开关电压瞬变信号。(这有助于衰减更高的信号频率否则会与输入采样率混淆并导致更高的输入偏移电压。)使用不同滤波电阻应注意的几个问题或电容器是:

1.滤波电阻:针2和针3的输入偏置电流:这个大约500纳。如果你用的是与IxR的引脚2而非引脚3串联的滤波电阻器电阻上的压降会增加装置。只要这个红外降比较小输入偏移电压不应存在问题。如果串联使用大值电阻,最好把一半的电阻串联起来引脚2和一半电阻与引脚3串联。在在这种情况下,偏移电压主要是由电阻器引起的失配(通常小于电阻的1%设计值)乘以输入偏差。

2.滤波电阻:等效输入电阻HCPL-7800(A)约为500 kΩ。因此是最好的以确保过滤器电阻不显著此值的百分比;否则为偏移电压将通过电阻分压效应增加。[例如,如果Rfilt=5.5 kΩ,则VOS=(车辆识别号*1%)= 2 mV的最大200 mV输入和VOS将与车辆识别号有关。]

3.输入带宽因此而改变不同的R-C滤波器配置。事实上这是一个改变输入滤波器R-C的主要原因时间常数。

4.滤波电容:输入电容HCPL-7800(A)约为1.5 pF。适当的操作开关量输入侧采样电容器必须从相对固定的(低阻抗)电压源。因此,如果过滤器使用电容器最好是比辛普特大几个数量级至少100 pF的值效果良好。)

2.4:如何确保HCPL-7800(A)不会因短路而损坏传感电阻上的电压降是否超过HCPL-7800(A)输入的额定值?选择感测电阻器,使其电压小于5 V短路时下降。唯一的其他要求是在感应电阻器之前关闭驱动器损坏或焊点熔化。这确保了HCPL-7800(A)的输入不能被传感器损坏电阻器开路。

3.隔离和绝缘

3.1:HCPL-7800(A)能承受多少伏电压?瞬时(1分钟)耐受电压为3750 V符合UL 1577和CSA部件验收通知的rms#5个。

4.准确度

4.1:信噪比能提高吗?对。一些噪声能量存在超过100千赫。HCPL-7800(A)的带宽。附加过滤在后放大器中使用不同的滤波器R,C值应用电路可以用来改善信号噪声比。例如,使用R3=R4的值=10 kΩ,C5=C6=470 pF(在应用电路中)均方根输出噪声将大约降低一个系数

2.在只需要几千赫带宽的应用中可以获得更好的噪声性能。这个噪声谱密度约为500 nV/šHz以下20 kHz(参考输入)。

4.2:如果内部LED灯输出,增益是否改变随着时间的推移而退化?不。LED仅用于传输数字模式。Avago技术已经解释了LED退化的原因在产品设计上保证使用寿命长。

5.电源和启动

5.1:输入侧之前的输出电压是多少电源打开了吗?VO+接近1.29 V,VO-接近3.80 V。这是相当于在以下条件下的输出响应LED完全熄灭。

5.2:HCPL-7800(A)通电后需要多长时间才能正常工作?VDD1和VDD2通电后1 ms内开始工作。但产出需要较长时间才能稳定下来完全放下。如果是偏移测量当两个输入都接地时,最初有VOS调整(约60 ms)。输出完全稳定设备通电后100毫秒内关闭。

6.杂项

6.1:HCPL-7800(A)如何测量负信号只有+5V电源?输入端有一个串联电阻用于保护大量负输入。正常信号不大于200毫伏振幅。这样的信号不存在正向偏压任何足以干扰精确性的连接点开关电容输入电路的工作。


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