纳芯微NSOPA240x系列功率放大器应用介绍

发布时间：2024-09-24 10:11
作者：AMEYA360
来源：纳芯微
阅读量：843

　　摘要

　　旋转变压器因其高可靠性，高精度的特性，被广泛用于电机控制速度和位置的检测，其中包括在汽车和工业领域中的混合动力电动汽车 (HEV) 牵引逆变器，电动汽车 (EV)，电动动力转向，电机驱动和伺服机构应用。

　　本应用笔记介绍了纳芯微为旋转变压器驱动所设计的功率放大器 NSOPA240x系列(即NSOPA2401/2)的特性和典型设计要点。NSOPA2401/2 将单 / 双通道的功率放大器、过温关断，限流保护功能集成在单芯片上，降低了设计复杂性和系统成本，提高了可靠性和性能。

　　01、旋转变压器和驱动运放简介

　　旋转变压器可用来精确测量角度位置和转速，部署在工业电机控制、伺服器、机器人、电动和混动汽车等的动力系统单元中。旋转变压器在这些应用中可以长期承受严苛条件的考验，是恶劣环境下的完美选择。旋转变压器有三个绕组，包括有一个初级绕组、两个正交分布的次级绕组，共三组线圈，对外共有 6 条引线。其中，激励线圈接受输入的正弦型激励电流，而正交的两个感应线圈，依据旋变的转子、定子之间的相互位置关系，调制出具有 sin 正弦和 cos 余弦包络的检测信号。

　　当激励信号是 sinωt，转子与定子间的角度为θ，则正弦信号为sinωt×sinθ，而余弦信号则为 sinωt×cosθ。根据 sin、cos 信号和原始的激励信号，通过必要的检测和比较电路即可高分辨率地检测出转子位置。

纳芯微NSOPA240x系列功率放大器应用介绍

　　图1. 旋转变压器关键参数

　　根据旋转变压器的特性，驱动运放需要的特性：

　　• 旋转变压器的励磁原边线圈通常具有小于 100Ω的较低 DCR ( 直流电阻 )，因此需要有最高可至 200mA的较强电流输出能力才可以驱动线圈。

　　• 为了保证高精度以及高线性度，在旋转变压器的应用中需要具备较高的 SR(压摆率 Slew Rate)。

　　• 旋转变压器的常见激励方式为差分推挽输出，对放大器要求较宽的带宽以及较高的开环增益，以确保信号不失真。

　　• 汽车应用 EMI 环境复杂，为了保证励磁功率放大电路不被干扰，放大电路需要具备一定的 EMI 抑制能力。

　　• 作为高功率驱动级，需要具备限流和过温关断功能，保证系统的可靠性和鲁棒性。

　　• 传统的解决方案是利用通用运放和分立三极管搭建高输出电流，电路复杂可靠性低，且难以集成热关断和限流保护等功能。NSOPA240x运算放大器具有高电流输出能力，最大可支持 400mA 的持续电流输出，集成了过温关断，限流保护等安全功能，满足各类旋转变压器驱动的需求。

纳芯微NSOPA240x系列功率放大器应用介绍

　　图2 纳芯微用于旋变驱动的运放 NSOPA240x 关键参数 & 特性

　　1.1、输出电流

　　输出电流能力和输出摆幅是功率放大器最重要的指标之一，负载电流与输出摆幅之间的关系直接决定在驱动运放上的耗散功率。NSOPA240x 设计为最高 400mA 持续输出电流能力，完全满足各类旋转变压器驱动要求。

　　1.2、摆率

　　为了保证旋转变压器能够无失真地被驱动，一个关键前提是需要有足够的压摆率，对于正弦信号不失真的最低要求如以下公式所示：

纳芯微NSOPA240x系列功率放大器应用介绍

　　以 7Vrms，10KHz 的激励信号为例，保证不失真所需的最低压摆率为：

纳芯微NSOPA240x系列功率放大器应用介绍

　　下图显示的是不同频率与不同幅值的激励信号与所需的最小压摆率的关系。NSOPA240x 上升压摆率为6.5 V/μs,，下降压摆率为 7V/μs，完全满足旋转变压器驱动的应用。

纳芯微NSOPA240x系列功率放大器应用介绍

　　图3 旋转变压器驱动运放所需最小摆率与驱动信号频率幅值关系

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纳芯微推出高性价比、EMI优化的第三代车规级数字隔离器NSI83xx系列
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纳芯微推出高性价比、EMI优化的第三代车规级数字隔离器NSI83xx系列

　　凭借在隔离领域近10年的深耕细作，纳芯微今日宣布推出基于电容隔离技术的第三代车规级数字隔离器NSI83xx系列，相比前代NSI82xx系列，新器件重点优化了EMI(抗电磁干扰)、EOS(过电应力)性能，并通过电路设计、封装测试等方面的全面优化，大幅降低了器件成本。　　作为纳芯微“隔离+”产品的又一力作，NSI83xx系列的首发型号涵盖1-4通道的数字隔离器，可为系统工程师在新能源汽车车载充电机(OBC)、电池管理系统(BMS)、主驱逆变器、热管理PTC等系统中提供高性价比的器件选择。　　纳芯微第三代数字隔离器NSI83xx系列的推出，是其近10年来在隔离技术领域持续研发和投入的成果体现，该系列基于纳芯微领先的电容隔离技术打造，在隔离耐压方面，NSI83xx系列可实现大于10kVrms的隔离耐压(1分钟)，满足增强绝缘要求，同时能够承受大于12kV的浪涌电压。在1ppm失效率、大于1500Vrms的长期工作电压情况下，NSI83xx系列的电容隔离层寿命大于30年，充分满足高压系统对长期可靠性的严苛需求，为高压系统提供安心之选。　　EMI大幅优化，全频段通过CISPR 25 Class 5测试　　随着汽车电驱电压和系统功率密度的提升，越来越多的元器件被集成在车内有限的布板空间内，让原本就棘手的EMI问题更加复杂，成为影响系统稳定性和可靠性的关键挑战。　　NSI83xx系列采用了纳芯微专有的EMI优化电路设计，在严苛的CISPR 25 Class 5测试中，该系列RE指标可在全频段范围内保持大于10dB的裕度，在全面满足汽车级应用对于EMI严格要求的同时，让系统工程师在设计过程中显著减少了电磁干扰带来的困扰，为系统在复杂电磁环境下的稳定运行保驾护航。　　业内领先的EOS和CMTI性能，全面守护系统可靠性　　除了优化的EMI性能外，纳芯微第三代数字隔离器在EOS(过电应力)和CMTI(共模瞬态抗扰度)方面同样表现出色。相较于第二代产品，NSI83xx系列的EOS性能提升了约10%，达到大于10V的水平，使得器件在面对电源过应力时具有更高的可靠性，能够有效避免因电源异常波动而导致的器件损坏，提升系统可靠性，延长系统的使用寿命。　　此外，在新能源汽车三电系统中，SiC功率器件正在加速普及。SiC 功率器件相比传统的硅基功率器件，具有更高的开关频率、更低的导通电阻和更高的耐压能力，系统中的电压和电流变化速度更快，产生的共模瞬态干扰(CMT)强度和频率也显著增加，这就要求数字隔离器具备更高的 CMTI 性能，以保证在这种强干扰环境下，信号传输的准确性和稳定性，避免误导通和信号失真。　　NSI83xx系列的CMTI典型值达到200kV/μs，处于业内领先水平。高CMTI性能使得隔离器在高压系统中能够有效抵抗共模瞬态干扰，确保信号传输的准确性和稳定性。同时，NSI83xx系列在电源噪声抗扰性方面也表现优异，在1k-30MHz的噪声扰动下，芯片依然能够保持正常输出且不误码，进一步提升了系统在复杂工作环境下的可靠性。无论是在新能源汽车的电池管理系统，还是主驱逆变器中，这些卓越的性能都能确保系统稳定运行，降低故障风险。　　封装和选型　　满足AEC-Q100要求的车规级NSI83xx系列预计将于2025年8月量产，可提供1-4通道版本，支持SOP8，SOW8，SOW16和超宽体SOWW16等封装，其中超宽体SOWW16封装爬电距离大于8mm，满足特定应用的安规要求。NSI83xx系列的通讯速率为100Mbps。　　丰富的隔离及“隔离+”产品，满足多元需求　　凭借在隔离技术方面的积累和领先优势，纳芯微提供涵盖数字隔离器、隔离采样、隔离接口、隔离电源、隔离驱动等一系列隔离及“隔离+”产品。纳芯微全面的隔离及“隔离+”产品布局可满足各种类型客户多样化的系统设计需要，为不同客户提供一站式的芯片解决方案。
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