探究纳芯微运算放大器如何应对旋转变压器驱动痛点？
由于具有高可靠性、高精度的特性，旋转变压器广泛用于电机速度和位置的检测。其应用包括汽车领域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，以及工业应用的电机驱动和伺服机构。
在实际应用中，旋转变压器对驱动电路有一些特殊的要求，需要有相当的电流输出能力和高压摆率才能正常驱动，同时也面临简化电路设计和提高系统鲁棒性的难题。
文章从旋转变压器系统及其驱动电路的要求入手，介绍了NSOPA240x系列放大器的特性，并通过典型性能指标展示了该系列放大器在旋转变压器驱动应用中的优势。
旋转变压器对驱动电路的要求
旋转变压器是一种电磁式传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。它由定子和转子组成，定子绕组作为变压器的原边接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。通常副边使用两个互成90°的绕组线圈，当用正弦激励原边时，在副边上就会产生一个相应的感应信号，信号大小与相对于定子的转子位置成相应函数关系。
由于次级绕组的机械位置相差90°，两路正弦输出信号彼此之间也相差90°。当原边线圈处在不同的角位移或正在转动时，两个副边的输出电压也会产生相应的变化。因此，可以根据两组输出的信号计算出转子当前的角度和角速度。
下表列举出了旋转变压器驱动应用的典型电性参数。输入电压是加载在原边的激励电压。一般来说，为了获得足够幅值的感应信号，相应的励磁信号幅值往往会很大，一般要求电压有效值在3～7Vrms。同时采用正弦波激励，频率在几十到几十kHz不等。
以下将用一个实际例子进一步说明旋转变压器的驱动要求。由于旋转变压器的本质是一个变压器，所以其阻抗一般可以抽象为直流电阻和感抗的串联。在励磁信号一般为10kHz时，其整体阻抗在百欧姆量级，这使得原边的励磁电流相应较大，峰峰值往往会到正负100mA、200mA，甚至更高，因此需要有相当的电流输出能力才能正常驱动。
典型的驱动电路如下图所示，一般采用推挽方式来获得最大的输出信号。同时，为了得到更好的精度和线性度，应用中还需要具备较高的压摆率。对于10kHz频率和7Vrms，需要最低0.6V/μs的压摆率。传统的解决方案是利用分立式三极管搭建Class-AB输出，BOM复杂且可靠性低，在成本及性能方面均不能令人满意。
NSOPA240x运放解决驱动难题
针对旋转变压器驱动痛点，纳芯微开发了汽车级的运算放大器NSOPA240x系列，可以在简化电路设计的同时提高系统鲁棒性。
首先，NSOPA240x系列满足AECQ100 Grade 1认证要求，支持高达36V供电和400mA持续电流输出，同时满足各类旋转变压器的驱动需求，在输出大电流时仍能保持优异的输出摆幅，最大程度降低自身功率耗散。
7.5MHz增益带宽积和5.5V/μs压摆率可保证驱动大幅值交流信号时不出现失真。另外，这款运放内置了RF/EMI滤波器，可以在逆变器等复杂噪声环境中更好地工作。该产品还集成了过温关断和限流保护功能，可大大减少工程师的系统BOM，提高系统的可靠性。
NSOPA240x系列同时支持双通道和单通道，分别采用带散热焊盘的HTSSOP14和TO252封装，兼顾了小体积和低热阻。
在NSOPA240x系列中，NSOPA2402具备限流功能，在发生过载或短路时，可以对输出电流进行钳位，且配备了两个专用引脚(如下图红框所示)，可用来区分上管过流或下管过流，分别对应短路到地和短路到供电电压的应用场景。当输出电流回到正常值时，将同步释放指示引脚，使系统轻松应对类似ISO16750标准中规定的短路测试场景。
NSOPA2402还配置了过温关断功能，当芯片结温高于173℃关断阈值时，芯片将进入过温关断状态，此时运放停止工作，输出变为高阻态，停止输出电流。另外，芯片还有一个专用指示引脚以下拉至0电平，表明发生了过温事件。过温关断功能具有温度滞回能力，当结温下降至155℃时，运放重新进入正常工作状态，过温关断指示引脚同步释放。
下图右侧是一个典型例子，当发生过载或短路时，芯片功率耗散高于设计值，导致结温迅速上升，超过175℃时芯片关断，冷却后重新恢复工作。以此类推，亦即进入所谓的打嗝模式，可以有效地防止芯片在异常工况下过热损坏。
NSOPA240x运放的典型特性
最后介绍NSOPA240x运放的主要性能和特性，在线性驱动重负载条件下，驱动能力是主要的衡量指标。
下图中间两张图是NSOPA240x运放输出电压摆幅与输出电流的关系，可以看到，输出电流越高，输出摆幅越低。同时，它也与环境温度密切相关，温度越高，摆幅越小。
在最恶劣的工况下，125℃环境温度输出电流为200mA的条件下，压降只有0.5V。这意味着，电源电压只要高于摆幅电压0.5V，器件就可以正常工作。带来的好处是，可以明显减小芯片自身功率耗散，降低系统散热的需求。
旋转变压器驱动的另一个重点是交流带宽，右上角的图描述的是，在全温度范围内，运放可驱动100Ω负载，增益为-10时，闭环带宽高于100kHz，远高于常见旋变激励信号10倍以上。从右下角的最大输出电压与频率的关系可以看出，该运放的大信号带宽高于100kHz。
结语
旋转变压器广泛应用于汽车和工业应用中的电机速度和位置的检测。然而，旋转变压器的驱动电路设计往往面临诸多挑战，如需要大电流输出、高压摆率等。
传统的驱动电路设计不仅BOM复杂，可靠性低，且在成本和性能方面都不能满足现代应用的需求。为了解决这一问题，纳芯微推出了专为旋转变压器驱动设计的NSOPA240x系列运算放大器。
该产品具备出色的电流输出能力和大信号带宽，能够轻松应对旋转变压器驱动的高要求。同时，该系列放大器还集成了过温和过流保护功能，提高了系统的鲁棒性。此外，NSOPA240x系列还支持双通道和单通道，封装形式灵活，兼顾了小体积和低热阻。
目前，纳芯微还提供了NSOPA240x系列的样片和评估板，为旋转变压器的广泛应用提供了强有力的支持。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由玉鹤甘茗转载自纳芯微电子公众号，原文标题为:探究纳芯微运算放大器如何应对旋转变压器驱动痛点？，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
相关推荐
LM358双运算放大器
描述- 该资料介绍了LM358运算放大器的特性和应用。它是一种高性能、低功耗的双通道运算放大器，适用于各种模拟电路设计，包括传感放大器、直流增益模块、音频放大器和工业控制系统。
型号- LM358,LM358S,LM358P
圣邦微电子闪耀全球电子成就奖，运算放大器SGM8277-1/2荣膺年度创新产品桂冠
在刚刚落幕的“全球电子成就奖”盛典中，圣邦微电子的SGM8277-1/2运算放大器以其卓越的性能和创新技术荣获“年度创新产品奖”。SGM8277-1/2系列运算放大器以其4MHz的增益带宽乘积、轨至轨输出、低噪声和高电压特性，以及精密的运算性能，为高电压、高精度、低噪声和低功耗的应用领域提供了优化的解决方案。
LM158 低功耗双运算放大器
描述- LM158是一款由上海国芯集成电路设计有限公司生产的低功耗双运算放大器。该器件具有两个独立的高增益运算放大器，支持单电源或双电源工作模式，适用于多种电子电路，如音频放大器、工业控制和常规运算放大电路。它采用DIP8或SOP8封装形式。
型号- LM158
思瑞浦推出高PSRR、高带宽、高压运算放大器TPA267x，抑制比达80dB@100kHz
思瑞浦3PEAK正式发布高PSRR、高带宽、高压运算放大器TPA267x系列，产品带宽10MHz，压摆率达到15V/μs，产品在100kHz电源干扰下抑制比达到了80dB，降低了客户在电源上的设计成本，广泛适用于工业自动化、光伏储能、电机驱动器和音频设备等领域。
HOPAX338运算放大器
描述- HOPAx338系列运算放大器是一款低功耗、轨到轨输入和输出的通用型运算放大器。该系列产品具有宽电源电压范围（1.8V至5.5V）、低静态电流（典型值750µA）、高带宽（11MHz）和极低噪声（10kHz处为8nV/√Hz），适用于各种电池供电应用，如音频输出、电机相电流检测、光电二极管放大、条形码扫描仪和白货等。
型号- HOPAX338 FAMILY,HOPA338NA,HOPA338,HOPAX338,HOPAX338 SERIES,HOPA2338
TL062/TL064 低功率J-FET输入运算放大器
描述- 该资料介绍了TL062/TL064两款低功耗J-FET输入运算放大器的技术规格和应用信息。这两款产品具有高输入阻抗、低输入偏置电流和低输入失调电流等特点，适用于多种电子设备和汽车设备。
型号- TL064,TL064N,TL064IM/TR,TL062,TL062N,TL062CM/TR,TL062IM/TR,TL064CM/TR
【应用】国产运算放大器芯片RS8412用于电动汽车减速器，电压最高达36V，高增益带宽1.2MHz
润石科技运算放大器芯片RS8412用于电动汽车减速器的优势：高增益带宽1.2MHz，满足放大要求；超低功耗100μA，相比其他同类产品更有优势，帮助研发工程师降低设计难度；最高能支持36V的供电电压，且输入偏置电压为±0.8V等。
LM2904 运算放大器
描述- LM2904是一款由两个独立高增益运算放大器组成的集成电路，支持单电源或双电源供电，适用于音频放大器、工业控制和各种常规运算放大电路。该产品具有低功耗、宽频率范围等特点，提供DIP-8和SOP-8封装。
型号- LM2904
【选型】可pin to pin替换ADI AD8552的高精度运算放大器SGM8552，失调电流仅5pA
圣邦微高精度运算放大器SGM8552静态工作电流仅为1000μA，比AD8552更具有更低系统功耗；失调电流5pA能够使零漂更小，从而保证了小信号的精密放大。
LM258 低功耗双运算放大器
描述- LM258是一款低功耗双运算放大器，具有可单电源或双电源工作的特点，包含两个高增益运算放大器。适用于音频放大器、工业控制和常规运算放大电路等领域。
型号- LM258
LM358 运算放大器
描述- LM358是一款由两个独立高增益运算放大器组成的集成电路，适用于多种电子电路设计。它支持单电源或双电源工作，具有低功耗、宽频率范围等特点，广泛应用于音频放大器、工业控制和常规运算放大电路等领域。
型号- LM358
XBLW LM2904 低功耗双运算放大器
描述- LM2904是一款低功耗的双运算放大器，具有可单电源或双电源工作的特性，包含两个独立的运算放大器，适用于音频放大器、工业控制和各种常规运算放大电路。该产品提供DIP-8和SOP-8两种封装形式。
型号- LM2904DTR,XBLW LM2904,LM2904,LM2904N
LM258 低功耗双运算放大器
描述- LM258是一款由两个独立的高增益运算放大器组成的集成电路，支持单电源或双电源工作。适用于音频放大器、工业控制和各种常规运算放大电路。具有低功耗、宽频率范围等特点。
型号- LM258
XBLW LM358B低功耗双运算放大器
描述- LM358B是一款低功耗双运算放大器，具有可单电源或双电源工作的特点，适用于音频放大器、工业控制和DC增益部件等多种应用。该产品包含两个独立的高增益运算放大器，提供DIP-8和SOP-8封装形式。
型号- LM358BN,LM358B,LM358BTDTR,LM358BDTR,LM358BMDTR
电子商城
现货市场
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论