EDN Technical Notes The Avago Advantage はじめに差動計装アンプはアナログ設計者の間でよく知られた部品です。しかし、このアンプには、高い過渡電圧に耐えるだけの分離機能がなく、また電力変換システムの高電圧スイッチング回路から低電圧制御回路を保護する絶縁能力もありません。アバゴのACPL-C79x小型高精度アイソレーションアンプは、−40℃∼105℃の動作温度範囲を有し、産業機器/計測装置、再生可能エネルギー・システム、および空調システム用に開発された製品です。 ACPL-C79xアイソレーションアンプは、アバゴ独自の光アイソレーション技術、シグマ−デルタ・アナログ−デジタル変換器、およびチョッパ安定化増幅器により、モータ相電流および母線電圧検出、サーボモータ駆動制御、スイッチング電源の絶縁フィードバック、DCリンク電圧監視、およびインバータ電流検出などに使用されています。ACPL-C79xは、 15kV/μsの高い同相過渡除去能力を持ち、ノイズの多いモータ制御環境で電流を正確に監視するのに必要な頑強さと安定性を提供します。 VDD1 1 IDD1 IDD2 8 VDD2 VIN+ 2 + + 7 VOUT+ VIN- 3 - - 6 VOUT- GND1 4 SHIELD ・優れた線形性：0.05% ・高SNR：60dB ・広信号帯域幅：200kHz ・フレキシブルな出力側供給電圧：3V∼5.5V ・動作温度範囲：−40℃∼＋105℃ ・高性能シグマ-デルタ(Σ-Δ)A/Dコンバータ技術・同相除去：15kV/μs ・安全規格認証(申請中): −IEC/EN/DIN EN 60747-5-5：作動絶縁電圧1140Vpeak −UL 1577：絶縁電圧5000 Vrms/1分間 −CSA：Component Acceptance Notice #5 インバータ・モータ駆動応用例図2の代表的なインバータ・モータ駆動応用例では、小さな値の電流検出抵抗器に流れる電流によって生じた電圧降下がACPL-C79xにより検出され、アイソレーション・バリアの出力側に電流に比例した差動出力電圧が現れます。フローティング電源(通常、上段側パワートランジスタ駆動用電源と共通)は、三端子レギュレータ(U1)を使用して5Vに安定化します。電流検出抵抗器或いはシャント抵抗(RSENSE)からの電圧は、RCアンチエイリアシング・フィルタ(R5とC3)を介してACPL-79xに入力されます。アイソレーションアンプの差動出力電圧は、差動アンプ(U3)により、グランド基準のシングルエンド出力電圧に変換することができます。 5 GND2 HV+ 図1 ゲート駆動回路 ACPL-C79xパッケージ図1からわかるように、このアイソレーションアンプは、ゲイン精度が±0.5%(ACPL-C79B)、±1%(ACPL-C79A)、および ±3%(ACPL-C790)の完全差動入出力です。単一5V電源で動作し、0.05%の優れた非線形性と60dBのSNRを実現しています。標準200kHzの信号帯域幅と1.6μsの高速応答時間により、ACPL-C79xは、負荷短絡や過負荷状態の過渡電流を捕捉します。ストレッチSO-8パッケージにより、基板実装面積を従来の標準DIP-8パッケージに比べ約30%縮小することができ、ホールセンサまたはトランス式アイソレーションアンプと比較すると数分の1です。 ACPL-C79xの特長・完全差動入出力アイソレーションアンプ・高いゲイン精度：±0.5%(ACPL-C79B) ・小さなゲイン・ドリフト：−0.50ppm/℃ ・入力オフセット電圧：0.6mV U1 78L05 IN OUT C1 0.1 F R5 10 MOTOR *** C5 47 pF 正非接地電源 R3 *** VDD1 C2 0.1 F 10.0 K VDD2 (+5 V) 1 8 2 C3 47 nF 3 7 U2 C4 0.1 F +15 V 4 GND1 *** 6 5 ACPL-C79B/ ACPL-C79A/ ACPL-C790 GND2 – U3 + TL032A R1 2.00 K R2 2.00 K + – RSENSE C6 47 pF GND2 C8 0.1 F VOUT C7 R4 0.1 F 10.0 K -15 V GND2 GND2 HV- 図2 代表的なモータ電流検出回路このアイソレーションアンプの応用回路は比較的単純ですが、最適性能を実現するには以下の考慮が必要です。電流検出抵抗器（シャント抵抗）の選択実際のモータ電流検出抵抗器の計算により、電流検出抵抗を選択する際に何を考慮しなければならないかが分かります。最初に、抵抗器が検出する電流の値を決定します。図3のグラフは、三相誘導モータの各相のRMS電流と平均出力パワー（馬力）およびモータ駆動供給電圧の関係を示したものです。電流検出抵抗の最大値は、測定する電流とアイソレーションアンプの最大推奨入力電圧により決定します。例えば、定格RMS電流10Aに対し、通常動作中に最大50%の過負荷状態を考慮する場合、ピーク電流は21.1A(=10A× 1.414 × 1.5)です。最大入力電圧が200mVの場合、検出抵抗の最大値は、約10mΩになります。検出抵抗の最大平均電力損失は、検出抵抗値に定格RMS電流の二乗を乗じて確認することができ、この例では約1Wです。電力損失を小さくする場合、さらに小さな値の電流検出抵抗を選びます。 40 30 25 20 10 5 0 5 10 15 20 25 30 35 モータ相電流 ‒ A(rms) 図3 +Input –Input VDD1 Ra Rb VIN+ C VIN– ACPL-C79B/ ACPL-C79A/ ACPL-C790 GND1 図4 ACPL-C79x差動入力接続 ACPL-C79Xの評価 15 0 5V (1kΩ以下)しなければならないことです。この場合でも入力バイパス・キャパシタは必要ですが、10Ωの直列ダンピング抵抗は、分圧抵抗が同じ働きをするため必要ありません。信号帯域幅は、分圧抵抗と入力バイパス・キャパシタにより構成された低域フィルタにより制限されます。 440 V 380 V 220 V 120 V 35 モータ出力 ‒ 馬力ゲイン精度0.5%、動作絶縁電圧1140Vpeakの新小型高精度アイソレーションアンプ ACPL-C79X評価ボードにより、ACPL-C79B/C79A/C790の高い線形性と低オフセット性能を確認することができます。これにより、実際のアプリケーションでの動作条件下で、アイソレーションアンプの性能を容易に試験することができます。評価ボードには表面実装シャント抵抗器が1個付属しています。モータ出力とモータ相電流/電圧の関係差動入力接続図2の例では、アイソレーションアンプは、シングルエンド入力モードで接続されています。しかし、完全差動入力の特長により、図4のような差動入力接続を使用して更に性能を高めることができます。片方の入力端子に誘導されたノイズは、キャパシタC によって他方の入力端子に結合され、ACPL-C79xによって除去が可能な同相ノイズに変換されます。電圧検出 ACPL-C79B/C79A/C790は、入力に抵抗分圧器を使用することにより推奨入力電圧範囲よりも大きな振幅を持つ信号を扱うこともできます。唯一の制約は、入力抵抗(22kΩ)と入力バイアス電流(0.1μA)が測定精度に影響を及ぼさないようにするため、分圧器のインピーダンスを比較的小さく図5 ACPL-C79x評価ボードまとめアバゴ独自の光アイソレーション技術により開発された小型高精度アイソレーションアンプ3製品は、一層の高精度、応答速度、信号帯域幅および絶縁性能を提供します。詳細は www.avagotech.co.jpをご覧ください。無料サンプルおよび製品に関するお問い合わせはこちらから▶ http://www.avagoresponsecenter.com/412 出展しますアバゴ・テクノロジー株式会社〒153-0042 会期：2010年10月5日（火）∼9日（土）10：00∼17：00 会場：幕張メッセアバゴ・テクノロジーブース電子部品デバイス＆装置エリアホール6 6C-09 東京都目黒区青葉台 4-7-7 青葉台ヒルズ 7F レスポンスセンター TEL : 0120-611-280 Avago、Avago Technologies、Aのロゴは、米アバゴ・テクノロジー社、またはその子会社もしくは関連会社の商標です。 Copyrightⓒ2010 アバゴ・テクノロジー株式会社記載事項は予告なく変更になる場合があります。 www.avagotech.co.jp