Руководство по применению AN-13-0026: схемотехника изолированных усилителей серии NSI36Cxx со встроенным DC-DC питанием, защитой входа и однополярным выходом

В классических схемах изолированного измерения напряжения шины постоянного тока (DC-Link) и фазных токов с помощью стандартных изолированных усилителей (таких как NSI1200 или NSI1300) разработчику требуется организовать отдельный изолированный источник питания на высоковольтной стороне (VDD1) и установить операционный усилитель на низковольтной стороне для преобразования дифференциального выхода в однополярный сигнал АЦП. Руководство по применению Novosense AN-13-0026 описывает серию NSI36Cxx, которая устраняет оба этих внешних узла.

1. Архитектурные преимущества серии NSI36Cxx

Серия изолированных усилителей NSI36Cxx объединяет в одном корпусе SOIC с широким телом:

Встроенный изолированный DC-DC преобразователь: питается от единственной низковольтной шины VDD2 (3,3 В или 5,0 В) на стороне микроконтроллера и самостоятельно формирует изолированное питание высоковольтного ΣΔ-модулятора без внешнего трансформатора или бутстрепной обмотки.
Однополярный пропорциональный (ratiometric) или фиксированный выход: на выходе формируется готовый несимметричный сигнал, масштабируемый пропорционально напряжению питания АЦП микроконтроллера (например, NS800RT5xxx), что исключает внешний дифференциально-однополярный каскад на ОУ и убирает погрешность дрейфа внешнего опорного напряжения.
Устойчивость к синфазным помехам CMTI ≥150 кВ/мкс и усиленная емкостная изоляция до 5000 Вrms.

2. Схемотехника защиты высоковольтного входа при измерении шины DC-Link

При контроле шины 400–1500 В DC через резистивный делитель руководство AN-13-0026 рекомендует следующие меры защиты входа усилителя:

Расчёт высокоомного делителя: суммарное сопротивление верхнего плеча делителя выбирается в диапазоне 1–3 МОм (из последовательно включённых высоковольтных резисторов MELF или 1206 для соблюдения путей утечки) так, чтобы при номинальном напряжении шины на измерительном резисторе нижнего плеча формировался рабочий уровень входа усилителя (например, ±250 мВ или 0…2 В в зависимости от модификации).
Защита от перенапряжения и переходных выбросов: параллельно входу INP–INN устанавливается двунаправленный ограничительный диод с малым током утечки (или сборка диодов Шоттки к шине внутреннего питания высоковольтной стороны) в сочетании с антиалиасинговым RC-фильтром (например, R_filt = 100 Ом, C_filt = 1–4,7 нФ C0G/NP0 с полосой среза выше частоты ШИМ).
Диагностика обрыва и пропадания питания: при аварии на высоковольтной стороне выход усилителя переходит в заведомо диагностируемое состояние за пределами нормального рабочего окна АЦП.

3. Рекомендации по ЭМС и разводке печатной платы

Для подавления высокочастотных излучений встроенного микротрансформатора DC-DC развязывающие конденсаторы 0,1 мкФ + 4,7 мкФ должны располагаться на расстоянии не более 1,5 мм от выводов питания первичной и вторичной сторон.
Под корпусом микросхемы во всех слоях печатной платы запрещается прокладка проводников и полигонов, чтобы сохранить изоляционный промежуток (Creepage / Clearance ≥ 8 мм).