汽車和工業終端設備，如電機驅動器、串式逆變器和機載充電器，在高電壓下運行，不能安全地與人直接互動。隔離電壓測量通過保護人類免受高壓電路執行一個功能的影響，有助于優化操作和確保使用的安全性。

設計用于高性能，隔離放大器傳輸電壓測量數據通過隔離屏障。確定隔離放大器選擇的標準包括隔離規格、輸入電壓范圍、精度要求，以及您計劃如何為高壓側供電——這是測量值在應用程序中的位置經常會影響的。本文通過評估交流電機驅動端設備的三種常見電壓測量，指導選擇正確的隔離放大器。

輸入電壓范圍的選擇、精度要求和您所選擇的高壓側功率方法的選擇取決于在應用程序中測量的電壓節點的位置。

圖1是一個交流電機驅動器的簡化方框圖，其中有三個常見的電壓測量位置：左邊是交流電源，中間是直流連接，右邊是電機相位。隔離放大器由于其高精度和易于使用，是這些測量的優良設備。

圖1。交流電機驅動應用程序。

如圖1的左側所示，在美國，交流電源的輸入通常被連接為一個三相中心接地的電力系統，電壓為120VRMS/208VRMS。在歐洲有230VRMS/400VRMS。這種電壓測量所需的精度通常很低，而且并不總是需要的。如果您要測量交流市電，請考慮具有雙極高阻抗輸入的設備，如TI的AMC1350或AMC3330。當對中性電壓進行三相交流電壓測量時，您可以使用單一的隔離電源供應所有三個的隔離放大器進行測量。在進行三相交流電壓相相測量時，考慮使用集成C/直流轉換器的設備進行簡單的設計。圖2顯示了相應的AMC3330電路圖。

圖2。AMC3330隔離放大器與一個內部的DC/DC轉換器。

要計算電機驅動器中的脈寬調制（PWM）占空比，通常需要測量圖1中間所示的直流鏈路電壓，其精度為1%或更高。

在制動操作期間，直流連接電壓增加，需要主動限制，例如通過打開再生制動器來保護功率級。低延遲測量為過電壓事件提供了更快的反應時間，使系統運行更接近其硬件的限制，使更緊密的設計邊際和更低的系統成本。這個直流鏈路電容通常是幾個100μF，在維修設備之前確定直流鏈路電容器是否已正確放電到安全水平，需要在低電壓（<100?V）下進行精確測量。

此外，高分辨率的交流紋波測量允許一個連接的交流電源的相位檢測損失，潛在地消除了一個單獨的柵邊相位測量的需要。紋波電壓的頻率是60hz的360Hz三相電機電壓或300Hz為50-Hz的三相電機電壓，因為有六個半波被糾正。在低負載下（當電機不旋轉時），紋波電壓的大小可以是非常低；因此，您可能更喜歡一個調制器的最高分辨率的測量。以獲取更多關于隔離放大器vs的信息。隔離調制器，見。具有單極輸入范圍的隔離放大器，如AMC1351（具有0至5V輸入范圍）或AMC1311（具有0到2V輸入范圍）是專門為直流鏈路電壓測量設計的。它們需要一個參考DCto的本地電源，如圖3所示的隔離變壓器電路。另一種方法是使用集成DC/DC的AMC3330變換器

圖3。AMC1311隔離放大器與分立隔離變壓器電路。

測量實際的相位電壓，而不是基于直流鏈路測量和PWM占空比來估計相位電壓，進一步提高了無傳感器交流電機驅動器的性能。直接測量相位電壓得到了更精確的結果，因為它包括了系統中的所有損失和PWM死時間失真的影響。

一種方法是測量直流導軌的所有三個相，用三個單極輸入隔離放大器和一個隔離電源（如圖3所示）為所有三個隔離放大器的高側供電。另一種節省硬件成本的方法是只測量兩個相對電壓并計算第三個電壓。這種方法只需要兩個隔離的放大器與雙極輸入范圍和在固件側最小的額外努力。這兩個測量是

針對其中一個相位電壓進行的，這需要供電的隔離來自頂部絕緣柵極雙極晶體管（IGBT）的浮動高側柵極驅動器電源的放大器，如圖4所示。具有內部DC/DC轉換器的設備，如AMC3330，極大地簡化了電路，使額外的空間節省和更高的系統效率。

圖4。AMC1350隔離放大器與一個浮動電源。

對于每一個電壓測量，電阻分頻器必須縮小高壓節點，以匹配隔離放大器[4]的輸入范圍。在設計一個電阻器?分頻器電路時，有三個常見的挑戰：

來自隔離放大器的輸入偏置電流，產生偏置誤差。

傳感電阻與隔離放大器的輸入阻抗并行，降低了有效的傳感電阻并產生增益誤差。

此外，由于過程的變化，隔離放大器的輸入阻抗可以在不同設備之間變化±20%，如果無法解釋，將顯示為增益誤差。電阻分頻器和隔離放大器的輸入阻抗中的溫度漂移。

從TI的隔離電壓傳感放大器線中選擇具有高輸入阻抗和可忽略輸入偏置電流的器件，大大減少了克服這些挑戰所需的努力；然而，可以使用輸入偏置電流[5]的低輸入阻抗隔離放大器設計高精度電壓測量電路。

輸入范圍的隔離放大器對輸入噪聲提供較低的靈敏度，并允許在低輸入電平下提供更高的精度。然而，較高的輸入電壓器件通常具有較低的輸入阻抗，如表1所示，并需要進行增益校準，以達到最高的精度水平。高阻抗輸入設備提供了更高的未校準精度，并減少了設計工作量。

高阻抗電壓測量隔離放大器，允許您在成本、性能、易于實現和板空間之間做出正確的權衡，以優化設計，以滿足您的要求，并滿足行業隔離性能標準。

審核編輯黃宇