逆变器和电机系统

ADuM4138 是一款已针对绝缘栅极双极晶体管 (IGBT) 驱动进行优化的单通道栅极驱动器。ADI 公司的 iCoupler^® 技术在输入信号和输出栅极驱动器之间实现隔离。

ADI 公司的芯片级变压器还可在芯片的高电压域和低电压域之间实现隔离式控制信息通信。可以从专门的输出中回读有关芯片状态的信息。

ADuM4138 包含隔离式反激控制器，可实现简单的二次电压生成。

ADuM4138 中集成了过流检测功能，可在发生去饱和事件和/或过流事件的情况下保护 IGBT。在发生故障的情况下，过流检测可与高速两级关闭功能相结合。

ADuM4138 为金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 提供一个米勒箝位控制信号，可在使用单轨电源的情况下在米勒箝位电压阈值降至低于 GND2 以上 2 V 时实现 IGBT 关闭。可以在进行或不进行米勒箝位操作的情况下使用单极次级电源工作。

如果开启后栅极电压未在允许的时间内（通常为 12.8 μs）上升到内部阈值以上，低栅极电压检测电路可触发故障。低电压检测电路可检测导致栅极短路或弱驱动的 IGBT 器件故障。

通过两个温度传感器引脚 TS1 和 TS2，可以在 IGBT 处对系统温度进行隔离式监控。次级欠压锁定 (UVLO) 依照公共 IGBT 阈值水平设置为 11.2 V（典型值）。

器件初级侧的串行外设接口 (SPI) 总线为 ADuM4138 提供温度感应二极管增益和偏移的场内编程功能。值存储在器件次级端的电子可擦可编程只读存储器 (EEPROM) 中。此外，可以对特定的 V_DD2 电压、温度感应报告频率和过流消隐时间进行编程。

ADuM4138 可为过流事件、远程温度过热事件、UVLO、热关断 (TSD) 和去饱和检测提供隔离式故障报告。

应用

• MOSFET 和 IGBT 栅极驱动器
• 光伏 (PV) 逆变器
• 电机驱动器
• 电源

转换器的Sin和Cos输入端支持3.15 V p-p ± 27%的输入信号。Type II跟踪环路可用于跟踪输入信号，并将Sin和Cos输入端的信息转换为输入角度和速率的所对应的数字量。最大跟踪速率是外部时钟频率的函数。AD2S105的工作频率范围为8.192 MHz ± 25%，最大跟踪速率为1250 rps。

产品特色
- 比例跟踪转换。Type II跟踪环路能够连续输出位置数据，且没有转换延迟。它还提供噪声抑制，以及参考和输入信号的谐波失真容限。
- 系统故障检测。故障检测电路可以检测分解器信号损耗、范围外的输入信号、输入信号失配，或位置跟踪损耗。
- 输入信号范围。Sin和Cos输入端支持3.15 V p-p ± 27%的差分输入电压。
- 可编程激励频率。利用频率选择引脚（FS1和FS2引脚）可以轻松的将激励频率设置为10 kHz、12 kHz、15 kHz或20 kHz。
- 3倍格式位置数据。通过12位并行端口或3线串行接口可以访问绝对12位角度位置数据。增量式编码器仿真采用标准A-quad-B格式，并提供方向输出。
- 数字速率输出。通过12位并行端口或3线串行接口可以访问12位、带符号的数字速率。

应用
- 汽车运动检测与控制
- 混合电动车
- 电动助力转向
- 集成的启动发电机/交流发电机
- 工业电机控制
- 过程控制

数据手册, Rev. 0, 1/07

AD2S1210是一款10位至16位分辨率旋变数字转换器，集成片上可编程正弦波振荡器，为旋变器提供正弦波激励。

转换器的正弦和余弦输入端允许输入3.15 V p-p ± 27%、频率为2 kHz至20 kHz范围内的信号。Type II伺服环路用于跟踪输入信号，并将正弦和余弦输入端的信息转换为输入角度和速度所对应的数字量。最大跟踪速率为3125 rps。

AD2S1210-EP 支持国防和航空航天应用(AQEC) 。

产品聚焦

1. 比率跟踪转换。Type II跟踪环路能够连续输出位置数据，且没有转换延迟。它还可以抑制噪声，以及参考和输入信号的谐波失真容限。
2. 系统故障检测。故障检测电路可以检测旋变的信号丢失、超范围输入信号、输入信号失配或位置跟踪丢失。各故障检测阈值可以由用户单独编程，以便针对特定应用进行优化。
3. 输入信号范围。正弦和余弦输入端支持3.15 V p-p ± 27%的差分输入电压。
4. 可编程激励频率。可以轻松地将激励频率设置为2 kHz至20 kHz范围内的多个标准频率。
5. 3倍格式位置数据。通过16位并行端口或4线串行接口可以访问10位至16位绝对角位置数据。增量式编码器仿真采用标准A-quad-B格式，并提供方向输出。
6. 数字速度输出。通过16位并行端口或4线串行接口可以访问10位至16位带符号的数字量速度。

应用

• 直流和交流伺服电机控制
• 编码器仿真
• 电动助力转向
• 电动汽车
• 集成的启动发电机/交流发电机
• 汽车运动检测与控制

ADuM3223/ADuM4223 是4 A隔离式半桥栅极驱动器，采用ADI公司的iCoupler®技术，提供独立且隔离的高端和低端输出。ADuM3223能够提供3000 V rms隔离，采用窄体16引脚SOIC封装，ADuM4223则提供5000 V rms隔离，采用宽体16引脚SOIC封装。这些隔离器件将高速CMOS与单芯片变压器技术融为一体，具有优于脉冲变压器和栅极驱动器组合等替代器件的出色性能特征。

ADuM3223/ADuM4223隔离器均提供两个独立的隔离通道。这些器件采用3.0 V至5.5 V电源电压工作，可与低压系统兼容。与采用高压电平转换方法的栅极驱动器相比，ADuM3223/ADuM4223的输入与各输出之间具有真电流隔离优势。相对于输入，各路输出的持续工作电压最高可达537 VPEAK，因而支持低端切换至负电压。高端与低端之间的差分电压最高可达800 VPEAK。

因此，ADuM3223/ADuM4223可以在很宽的正或负切换电压范围内，可靠地控制IGBT/MOSFET配置的开关特性。

应用

• 开关电源
• 隔离式IGBT/MOSFET栅极驱动器
• 工业逆变器
• 汽车

ADuM4120/ADuM4120-1 是 2 A 隔离式单通道驱动器，采用 Analog Devices, Inc. 的 iCoupler^® 技术实现高精度隔离。ADuM4120/ADuM4120-1 通过 6 引脚宽体 SOIC 封装提供 5 kV rms 隔离，爬电距离更长。这些隔离元件集高速 CMOS 和整体式变压器技术于一身，能够提供兼备脉冲变压器和栅极驱动器特点的出色性能。

ADuM4120/ADuM4120-1 工作输入电压介于 2.5 V 到 6.5 V 之间，兼容较低的电压系统。与采用高压电平转换方法的栅极驱动器相比，ADuM4120/ ADuM4120-1 具有输入和输出之间真正的电气隔离。

这些型号都可选配输入干扰滤波器（不选配亦可）。干扰滤波器有助于降低在输入引脚上产生触发输出的噪音的几率。

因此，ADuM4120/ADuM4120-1 能够可靠控制绝缘栅极双极晶体管 (IGBT)/金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 配置在各种开关电压下的开关特性。

应用

• 开关式电源 
• IGBT/MOSFET 栅极驱动器
• 工业逆变器 
• 氮化镓 (GaN)/碳化硅 (SiC) 功率器件

AD8418A是一款高压、高分辨率分流放大器。设定初始增益为20 V/V，在整个温度范围内的最大增益误差为±0.15%。缓冲输出电压可以直接与任何典型转换器连接。AD8418A在输入共模电压处于−2 V至+70 V范围时，具有出色的输入共模抑制性能；它能够在分流电阻上进行双向电流的测量，适合各种汽车和工业应用，包括电机控制、电源管理和电磁阀控制等。

在−40°C至+150°C的整个温度范围内，AD8418A都能提供极佳的性能。它采用零漂移内核，在整个工作温度范围和共模电压范围内，失调漂移典型值为0.1 μV/°C。AD8418A通过汽车应用认证。该器件集成EMI滤波器和专利电路，在脉冲宽度调制(PWM)类输入共模电压下具有高输出精度。输入失调电压的典型值为±100 μV。AD8418A提供8引脚MSOP和SOIC两种封装。

ADuM140是采用ADI公司iCoupler® 技术的4通道数字隔离器。 这些隔离器件将高速CMOS与单芯片空芯变压器技术融为一体，具有优于光耦合器件和其它集成式耦合器等替代器件的出色性能特征。 最大传播延迟为13 ns，脉冲宽度失真小于3 ns。 还具有3 ns的严格通道间匹配。

ADuM140数据通道属于独立式通道，提供多种配置选择，可承受3.75 kVrms的电压额定值（请参见“订购指南”）。 这些器件均可采用1.8 V至5 V电源电压工作，与低压系统兼容，并且能够跨越隔离栅实现电压转换功能。

与其它光耦合器不同，可确保不存在输入逻辑转换时的直流正确性。 它们提供两种不同的故障安全选项，输入电源未用或输入禁用时，输出转换到预定状态。 ADuM140E与ADuM140x系列引脚兼容。

ADuM140是采用ADI公司iCoupler® 技术的4通道数字隔离器。 这些隔离器件将高速CMOS与单芯片空芯变压器技术融为一体，具有优于光耦合器件和其它集成式耦合器等替代器件的出色性能特征。 最大传播延迟为13 ns，脉冲宽度失真小于3 ns。 还具有3 ns的严格通道间匹配。

ADuM140数据通道属于独立式通道，提供多种配置选择，可承受3.75 kVrms的电压额定值（请参见“订购指南”）。 这些器件均可采用1.8 V至5 V电源电压工作，与低压系统兼容，并且能够跨越隔离栅实现电压转换功能。

与其它光耦合器不同，可确保不存在输入逻辑转换时的直流正确性。 它们提供两种不同的故障安全选项，输入电源未用或输入禁用时，输出转换到预定状态。ADuM140E1 / ADuM141E1 /ADuM142E1与ADuM1400/ADuM1401/ADuM1402系列引脚兼容。

ADuM142D/ADuM142E均为采用ADI公司iCoupler®技术的4通道数字隔离器，其中只有ADuM140D和ADuM140E已上市。 这些隔离器件将高速、互补金属氧化物半导体(CMOS)与单芯片空芯变压器技术融为一体，具有优于光耦合器件和其它集成式耦合器等替代器件的出色性能特征。这些器件的最大传播延迟为13 ns，在5 V下脉冲宽度失真小于3 ns。 具有严格的3.0 ns（最大值）通道匹配。

ADuM142D/ADuM142E数据通道属于独立式，提供多种配置选择，可承受3.75 kV rms的电压额定值。 这些器件均可采用1.8 V至5 V电源电压工作，与低压系统兼容，并且能够跨越隔离栅实现电压转换功能。

与其它光耦合器不同，可确保不存在输入逻辑转换时的直流正确性。 它们提供两种不同的故障安全选项，输入电源未用或输入禁用时，输出转换到预定状态。 ADuM14xE1与ADuM140x引脚兼容。

• 通用多通道隔离
• SPI接口/数据转换器隔离
• 工业现场总线隔离

图1. 高性能旋变数字转换(RDC)电路原理示意图：未显示所有元件、连接和去耦

该电路具有创新的旋变转子驱动器，提供两种工作模式：高性能和低功耗。在高性能模式下，系统采用 12 V单电源供电，能够为旋转变压器提供6.4 V rms (18 V p-p)的驱动信号。在低功耗状态下，系统采用 6 V单电源供电，能够为旋转变压器提供3.2 V rms (9.2 V p-p)的驱动信号，且系统功耗小于100 mA。驱动器和接收器均提供有源滤波，可最大程度减少量化噪声的影响。

10位模式下，RDC的最大跟踪速率为3125 rps(分辨率= 21 弧分)；16位模式下为156.25 rps(分辨率= 19.8弧秒)。

本电路利用电压输出DACAD5542 、基准电压源ADR421BRZ以及用作基准电压缓冲的自稳零运算放大器AD8628 ，可实现精密数据转换。AD8628基准电压缓冲可提供以前只有昂贵的自稳零或斩波稳定放大器才具有的特性优势。这些零漂移放大器采用ADI公司的电路拓扑结构，将低成本与高精度、低噪声特性融于一体。无需外部电容，而且与大多数斩波稳定放大器相关的数字开关噪声大大降低，因此这种放大器是基准电压缓冲的最佳选择。

图1：精密DAC配置（原理示意图）

图1所示电路是一个4 mA至20 mA电流环路发送器，用于过程控制系统与其执行器之间的通信。除具有高性价比外，此电路还是业界功耗最低的解决方案。4 mA至20 mA电流环路广泛用于采用数字或模拟输入输出的可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)。电流环路接口之所以颇受青睐，是因为它能以高性价比方式进行长距离抗扰数据传输。低功耗双通道运算放大器AD8657 、DACAD5621和基准电压源ADR125 的组合，可以为微控制器和数字隔离器等更高功耗器件提供更多功耗预算。此电路输出电流为0 mA至20 mA。4 mA至20 mA范围一般对应表示DAC或微控制器的输入控制范围，0 mA至4 mA的输出电流范围则常用于诊断故障条件。

图1. 低功耗4 mA至20 mA过程控制电流环路（原理示意图：未显示去耦和所有连接） 

需要能够提供真16位电平设置性能的小封装、超低功耗解决方案？针对精密16数模转换应用，本电路使用电压输出DAC AD5542A/ AD5541A 、基准电压源 ADR421BRZ 以及用作基准电压缓冲器的20 μA AD8657 ，提供了一款低功耗、小尺寸解决方案。

基准电压缓冲对于设计至关重要，因为DAC基准输入的输入阻抗与码高度相关，如果DAC基准电压源未经充分缓冲，将导致线性误差。开环增益高达120 dB的AD8657已经过验证和测试，符合本电路应用关于建立时间、失调电压和低阻抗驱动能力的要求。

图1所示的器件组合实现了最小的PCB面积和最低的功耗。AD5542A采用3 mm × 3 mm、16引脚LFCSP或16引脚TSSOP封装。AD5541A采用3 mm × 3 mm、10引脚LFCSP或10引脚MSOP封装。

这一器件组合可以提供业界领先的16位分辨率、±1 LSB积分非线性(INL)和±1 LSB微分非线性(DNL)，可以确保单调性，并且具有低功耗、小PCB和高性价比等特性。

发生瞬变后，或者连接、断开或关断监控电路时，高端电流监控器可能遇到过压情况。图1所示电路使用具有过压保护功能、作为差动放大器连接的 ADA4096-2运算放大器来监控高端电流。ADA4096-2具有输入过压保护功能，对于高于或低于供电轨的电压32 V以内的范围，不会发生反相或闩锁。

该电路采用可调低压差500 mA线性稳压器 ADP3336供电，如果需要，后者还可用于为系统其他器件供电。当设置为5 V输出时，输入电压范围为5.2 V至12 V。为了省电，可通过移除ADP3336电源来关断电流检测电路，而电源(例如太阳能电池板)仍可工作。

图1. 具有输入过压保护的高端电流检测（原理示意图：未显示所有连接和去耦）

这样电压将施加于未上电的ADA4096-2输入端；但是，对于高出电源轨32 V以内的输入电压，不会发生锁存或损坏。如需较低的吞吐速率，AD7920也可在样本间休眠。AD7920在休眠时的最大功耗为5 ¬W，上电时为15 mW。在工作条件下，ADA4096-2仅需120 μA。工作电压为5 V时，功耗仅为0.6 mW。在关断模式下，ADP3336仅消耗1 μA。

本电路显示如何在精密热电偶温度监控应用中使用 ADuC7060 或 ADuC7061精密模拟微控制器ADuC7060/ADuC7061集成双通道24位∑-△型模数转换器(ADC)、双通道可编程电流源、14位数模转换器(DAC)、1.2 V内置基准电压源以及ARM7内核、32 kB闪存、4 kB SRAM和各种数字外设，例如UART、定时器、串行外设接口(SPI)和I2C接口。

在该电路中，ADuC7060/ADuC7061连接到一个热电偶和一个100Ω铂电阻温度检测器(RTD)。RTD用于冷结补偿。作为额外选项，ADT7311数字温度传感器可用于代替RTD来测量冷结温度。

在源代码中，ADC采样速率选择4 Hz。当ADC输入可编程增益放大器(PGA)的增益配置为32时，ADuC7060/ADuC7061的无噪声分辨率大于18位。

与主机的单边半字节传输(SENT)接口通过使用定时器控制数字输出引脚来实现。然后，使用外部NPN晶体管将此数字输出引脚通过外部方式电平转换为5 V。按照SENT协议(SAE J2716标准)第6.3.1节的建议在SENT输出电路中提供了EMC滤波器。数据按下降沿到下降沿测量，每个脉冲的持续时间与系统时钟周期数相关。可通过测量SYNC脉冲来确定系统时钟速率。SYNC脉冲在每个数据包开始时发送。要了解更多详情，请参见“SENT接口”部分。

该电路获取并数字化标准工业信号电平，包括：±5 V、±10 V、0 V至10 V和0 mA至20 mA。 输入缓冲器还提供过压保护，从而消除了传统肖特基二极管保护电路的相关漏电流误差。

本电路的应用包括过程控制（PLC/DCS模块）、电池测试、科学多通道仪器和色谱仪。

图1. 采用AD8397的高电流缓冲器支持AD2S1210 RDC激励信号输出(原理示意图，未显示去耦和所有连接

图1. 带温度补偿的差分电桥型传感器监控器（原理示意图： 未显示所有连接和去耦）

经过仔细选择的精密信号调理元件组合可在 0.1 μS 至 10 S (10 MΩ 至 0.1 Ω) 电导率范围内提供优于 0.3% 的精度，且无 需校准。

针对 100 Ω 或 1000 Ω 铂 (Pt) 电阻温度检测器 (RTD) 提供自动 检测功能，允许以室温为参考测量电导率。

系统支持双线式或四线式电导池以及双线式、三线式或四 线式 RTD ，以提高精度和灵活性。

该电路能以极小的直流失调产生精确交流激励电压，从而 避免电导率电极上的极化电压受损。交流激励的幅度和频 率为用户可编程。

创新的同步采样技术可将激励电压和电流的峰峰值幅度转 化为直流值，这样不仅提升了精度，同时简化了内置于精 密模拟微控制器的双通道 24 位 Σ-Δ 型 ADC 对于信号的处理。

采用 LCD 显示器和编码器按钮实现直观的用户界面。该电 路可以按需使用 RS-485 接口实现与 PC 的通信，并采用 4 V 至 7 V 单电源供电。

图 1. 高性能电导率测量系统 ( 原理示意图：未显示所有连接和去耦 )

物组成的气体，从而测量室内空气质量。传感器由加热电阻和检测电阻组成。当加热检测电阻时，其值随不同气体的浓度而改变。

该电路利用12位电流输出数模转换器(DAC)来精密控制加热器电流，灵活的软件允许加热器采用如下四种工作模式中的一种：恒流、恒压、恒阻和恒温。

通过软件可选的五种范围电阻分压器，该电路能够测量广泛的检测电阻值。电路板还包含温度和湿度传感器，用于补偿气体浓度值。