在許多應(yīng)用中，在不同的電源域之間進(jìn)行模擬測(cè)量非常有用。主要示例包括工業(yè)反饋系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制和太陽能逆變器。在每種情況下，必須監(jiān)測(cè)和控制處于相當(dāng)高電壓的電力總線。用于控制這些系統(tǒng)的設(shè)備通常位于低得多的功率域（3.3 或 5 V）中，并且必須隔離所有測(cè)量。

進(jìn)行隔離模擬測(cè)量的一種方法是使用電流傳輸光耦合器。這些簡單的器件僅由一個(gè) LED 和一個(gè)光電晶體管組成，可以使施加到輸入的電流鏡像到輸出。它們對(duì)于精確模擬測(cè)量的價(jià)值有限，并且需要復(fù)雜的輸入電路來調(diào)節(jié)感興趣的信號(hào)以適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng) LED。在輸出端，需要一個(gè)緩沖器來使用光電晶體管輸出。電流傳輸光耦合器容易隨著時(shí)間和溫度的變化而不穩(wěn)定，因此難以在關(guān)鍵系統(tǒng)中保持精度。

幸運(yùn)的是，有一些方法可以利用現(xiàn)代隔離器技術(shù)進(jìn)行隔離模擬測(cè)量。以下是跨電源域進(jìn)行精確測(cè)量的三種常用方法：

使用簡單的模擬電路和數(shù)字隔離器。

使用獨(dú)立的 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，并將其與數(shù)字隔離器配對(duì)。

使用現(xiàn)在可用的集成隔離的眾多模擬放大器之一。

模擬電路和隔離器組合提供了一種靈活的解決方案。模擬信號(hào)首先被放大到第二級(jí)的滿量程輸入——一個(gè)簡單的比較器和一個(gè)斜坡振蕩器。該信號(hào)被轉(zhuǎn)換為 PWM 信號(hào)并通過數(shù)字隔離器傳輸。另一方面，可以通過適當(dāng)?shù)臑V波將信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬信號(hào)。

第二種方法用 A/D 代替分立電路。雖然這看起來比將信號(hào)轉(zhuǎn)換為 PWM 更簡單，但它引入了其他復(fù)雜性，實(shí)際上可能更復(fù)雜。在大多數(shù)情況下，將再次需要放大器作為第一級(jí)。很可能必須向 A/D 提供時(shí)鐘信號(hào)以及其他控制信號(hào)。這些信號(hào)可以由隔離柵對(duì)面的專用 MCU 提供，但需要使用多個(gè)通道隔離器，每個(gè)方向都有通道。一旦信號(hào)通過隔離柵，轉(zhuǎn)換回模擬也同樣復(fù)雜，需要某種類型的控制器和 D/A 轉(zhuǎn)換器。

第三種方法是最直接的。今天有許多基于CMOS的產(chǎn)品，它們將模擬放大器與隔離裝置相結(jié)合。隔離放大器設(shè)備通常具有縮放的輸入，用于最常見的測(cè)量——通過分流電阻器的電流。不需要額外的電路。信號(hào)源直接連接到設(shè)備，內(nèi)部支持電流隔離，并在輸出端提供再現(xiàn)模擬信號(hào)。與其他隔離技術(shù)相比，芯片隔離技術(shù)是減少溫度和老化變化、更緊密的部件間匹配和更長壽命的關(guān)鍵。

圖1：電流隔離模擬放大器的框圖。

您可以找到價(jià)格合理的使用最新隔離技術(shù)的獨(dú)立模擬隔離器放大器。隔離屏障是魯棒的，同時(shí)信號(hào)保持穩(wěn)定和準(zhǔn)確。集成電路輸入具有低偏移和增益漂移、低噪聲和高線性度的特性，以確保精確測(cè)量。

許多可用的電流隔離模擬放大器的一個(gè)例子是來自Silicon Labs的Si8920。該裝置的低電壓差分輸入非常適合測(cè)量電流分流電阻器兩端的電壓。其輸出為8.1x或16.2x放大的差分模擬信號(hào)。

IC 的 0.75 μs 極低信號(hào)延遲使控制系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)故障條件或負(fù)載變化。1 μV/°C 的低失調(diào)漂移和 60 ppm/°C 的增益漂移確保在整個(gè) -40° 至 125°C 的工作溫度范圍內(nèi)保持精度，并且增益誤差小于 0.5%。噪聲在 100 kHz 帶寬上指定為 0.10 mVrms。非線性度為 0.1% 滿量程。

該器件具有 75 kV/μs 的高共模瞬態(tài)抗擾度，這意味著即使在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或逆變器中存在高功率開關(guān)的情況下，它也能提供準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。根據(jù) UL1577，它支持高達(dá) 5.0 kVrms 的耐受電壓。

審核編輯 黃昊宇