Toshiba高精度隔离光耦 TLP7820 应用设计

       在交流服务器、逆变器、太阳能发电、风力发电等领域。其应用的关键设计点是准确的电流感应、电压感应,使其能实现高精度、高稳定性的控制和隔离性能。为了实现这一点,系统必须监控电机的电流和电压,把它们反馈给微控制器(MCU)。TLP7820是一种隔离放大器,它具有光耦合隔离特性,线性精度为0.02%,还具有了20 kV/μs的共模瞬态抗扰度(CMTI),因此即使在噪声环境中,也能稳定控制电机。此外,5000 Vrms(最小)的隔离电压使TLP7820适用于各种工业应用。共模瞬态抗扰度(CMTI)是一个重要的指标,表示隔离放大器对高转换率瞬态电压的耐受能力, 具有高CMTI的隔离放大器对共模噪声的抗扰度就越好。共模噪声是一种在信号线和地线上重叠的电噪声。光耦隔离的两侧具有独立电源的电路,然而即使在这种情况下,只要其中一侧的电源电压发生变化就会产生共模噪声。例如,在一次侧有外部噪声输入, 就会产生一个电流流过一次侧和二次侧之间的内部耦合电容。如果这个电流超过额定范围,光耦就会异常, 导致系统运行故障。因此容忍共模噪声对系统稳定运行至关重要。

* TLP5214A光耦,适合用于IGBT Driver

       
        TLP7820具有高精度的AD和DA转换器。一次侧的delta-sigma AD转换器将输入的模拟信号编码成数字数据,然后通过光二极管传输到二次侧。在二次侧,光信号由光电二极管接收,由解码电路解码,通过DA转换器和低通滤波器(LPF)过滤内部噪声,输出模拟信号。




       举一个常见的应用,在逆变器电路中常会使用IGBT(或IGBT模块)。通常在400V的电源电压下会使用600V至650V的 IGBT,在800V电压下会使用1200V的IGBT。IGBT有上升和下降时间(tr和tf)约为100ns。在这条件下,VCM的转换速率(dV/dt)在400V供电电压下计算为4kV/μs,800V时为8kV/μs。下图显示TLP7820在共模电压(VCM)为4-kV/μs和8kv/μs时的输出波形, 可看出VOUT噪音不大,这证明TLP7820具有很好的CMTI性能。




      




电流传感应用设计 :






     在R-RSENSE_TOP 和 R-SENSE_BTM之间增加了一个电流感应Shunt电阻R1和R2。测量并联电阻器上的电压并计算流过的电流。

在AD转换器的输入部分建议增加0.01μF旁路电容器C1连接到输入引脚。降低噪声的影响。

R1和R2值的计算如下:

 

噪声滤波器设计频率:230kHz

输入旁路电容:0.01μF




     TLP7820隔离的输出信号给后级放大器,在选择后级放大器时,应具有不降低TLP7820性能的规范(即偏移、增益和响应特性及其温度依赖性)。

C4和C5值的计算如下:

 

噪声滤波器设计频率:230kHz

调幅增益:0dB

输入串联电阻:10 kΩ

 

       通常为了减少功率损耗, 会选择的Shunt电阻值较小, 而为了提高信噪比和精度, 则会选择的Shunt电阻值较大, 下图显示Shunt电阻值与功率损耗的关系




建议输入电流流过Shunt电阻的电压幅值为±200mV。如电流为20A, 可计算如下






TLP7820 :
https://toshiba.semicon-storage.com/ap-en/semiconductor/product/optoelectronics/isolation-amplifiers-isolated-delta-sigma-modulators/detail.TLP7820.html

TLP5214A: 
https://toshiba.semicon-storage.com/ap-en/semiconductor/product/optoelectronics/detail.TLP5214A.html


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