2024年6月17日，上海 —— 隨著市場對高精度、高性能電機控制技術(shù)的不斷追求，旋轉(zhuǎn)變壓器作為其核心部件之一，其精確測量角度位置和轉(zhuǎn)速的能力顯得尤為重要。
然而，旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動電路的特殊要求一直是行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。為解決這一挑戰(zhàn)，納芯微近日發(fā)布了全新的NSOPA240x系列運算放大器，旨在簡化電路設(shè)計并提高系統(tǒng)魯棒性，為旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動應(yīng)用帶來創(chuàng)新性的解決方案。
旋轉(zhuǎn)變壓器作為一種電磁式傳感器，可用來精確測量角度位置和轉(zhuǎn)速，在工業(yè)電機控制、伺服器、機器人、電動和混動汽車中的動力系統(tǒng)單元中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在電動車輛中，旋轉(zhuǎn)變壓器可以為電機控制算法提供精確且穩(wěn)定的位置信息，這對于確保電動車輛在各種駕駛條件下的理想性能至關(guān)重要。通過其獨特的工作原理，旋轉(zhuǎn)變壓器能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地反饋轉(zhuǎn)子的角度和速度，使電動車輛的電機控制算法能夠精確調(diào)整電流輸出，實現(xiàn)平穩(wěn)駕駛和即時響應(yīng)。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器具有耐高溫、機制簡單可靠、尺寸小巧和成本低廉等優(yōu)勢，使其能夠適應(yīng)電動車輛緊湊的設(shè)計需求，并降低整體成本。
在實際應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動電路的設(shè)計面臨多重挑戰(zhàn)。首先，需要滿足高電流輸出和高壓擺率的要求，以確保為旋轉(zhuǎn)變壓器提供穩(wěn)定的激勵信號，其次，簡化電路設(shè)計和提高系統(tǒng)魯棒性也是工程師們面臨的重要問題。此外，復(fù)雜的噪聲環(huán)境和嚴(yán)格的安全性要求也給設(shè)計帶來了更多困難。
納芯微NSOPA240x大電流輸出運算放大器產(chǎn)品憑借其卓越的高增益帶寬和壓擺率，以及連續(xù)高輸出電流驅(qū)動功能，滿足了旋轉(zhuǎn)變壓器初級線圈對低失真和差分高振幅激勵的嚴(yán)格要求。更重要的是，NSOPA240x內(nèi)部集成了熱關(guān)斷和過流保護，不僅優(yōu)化了電路設(shè)計，也降低了系統(tǒng)成本，還顯著提高了整體系統(tǒng)的可靠性和性能表現(xiàn)。
NSOPA240x產(chǎn)品系列的車規(guī)級別滿足AEC-Q100 Grade 1的可靠性要求，可在-40~125℃的嚴(yán)苛環(huán)境下勝任工作。不同的通道版本以滿足客戶不同需求，對應(yīng)單通道有TO252-5封裝，雙通道版本有HTSSOP14封裝，如下表格所示
大電流輸出能力-適應(yīng)各類旋變原邊線圈的驅(qū)動
輸出電流能力和輸出擺幅是衡量功率放大器驅(qū)動能力最重要的指標(biāo)之一，負(fù)載電流與輸出擺幅之間的關(guān)系直接決定在驅(qū)動運放上的耗散功率。旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁原邊線圈通常是有很低的DCR （直流電阻），通常小于100Ω，因此需要有較強的電流輸出能力才可以驅(qū)動線圈，最高至200mA。NSOPA240x設(shè)計為最高400mA持續(xù)輸出電流能力，完全滿足各類旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動要求。
高輸出壓擺率-保證原邊線圈激勵信號不失真
壓擺率是反應(yīng)運算放大器動態(tài)響應(yīng)性能的重要性能指標(biāo)之一，對于正弦信號不失真的最低要求如以下公式所示：
對于不同類型的旋轉(zhuǎn)變壓器的來說，對于激勵信號的幅度和頻率要求都有所不同。以7Vrms，10kHz的激勵信號為例，根據(jù)上述公式的計算結(jié)果，保證不失真所需的最低壓擺率為0.6 V/μs左右。NSOPA240x壓擺率為5.5 V/μs,，可以滿足旋轉(zhuǎn)變壓器驅(qū)動的大部分應(yīng)用需求。
集成限流保護，過熱保護-提高旋變系統(tǒng)的可靠性，降低復(fù)雜性和成本
對于選旋轉(zhuǎn)變壓器原邊驅(qū)動端這種幾百mA級別的功率級別，必須具有完善的保護措施，否則就會因為過熱等原因?qū)ο到y(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅甚至燒毀。NSOPA240x集成了熱關(guān)斷的保護功能，當(dāng)芯片結(jié)溫超過173℃時，器件將被禁用，通過OTF/SH_DN狀態(tài)指示熱關(guān)斷事件發(fā)生。為了防止反復(fù)觸發(fā)，過溫關(guān)斷功能具有溫度滯回，結(jié)溫需要回落到155℃，器件才會被重新使能，OTF/SH_DN引腳狀態(tài)也隨之改變，指示熱關(guān)斷事件停止。
如下圖所示，NSOPA240x可以提供客戶系統(tǒng)級功能安全，可以同時指示短路到電源，短路到地。
除此之外，芯片中的每個運放都對PMOS（高側(cè)）和NMOS（低側(cè)）輸出晶體管進行限流保護，因為過流可能發(fā)現(xiàn)在上管或者下管。且配備了兩個專用引腳（如圖中紅框所示），可用來區(qū)分上管過流或下管過流，分別對應(yīng)短路到地和短路到供電電壓的應(yīng)用場景。當(dāng)輸出電流回到正常值時，將同步釋放指示引腳，使系統(tǒng)輕松應(yīng)對類似ISO16750標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的短路測試場景。
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