400mA、高输出压摆率，纳芯微NSOPA240x系列破解旋转变压器之“难”-Ameya360 electronic components purchasing network

400mA、高输出压摆率，纳芯微NSOPA240x系列破解旋转变压器之“难”

Release time：2024-06-17

author：AMEYA360

source：纳芯微

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　　随着市场对高精度、高性能电机控制技术的不断追求，旋转变压器作为其核心部件之一，其精确测量角度位置和转速的能力显得尤为重要。

　　然而，旋转变压器驱动电路的特殊要求一直是行业发展的技术瓶颈。为解决这一挑战，纳芯微近日发布了全新的NSOPA240x系列运算放大器，旨在简化电路设计并提高系统鲁棒性，为旋转变压器驱动应用带来创新性的解决方案。

　　旋转变压器作为一种电磁式传感器，可用来精确测量角度位置和转速，在工业电机控制、伺服器、机器人、电动和混动汽车中的动力系统单元中得到了广泛应用。特别是在电动车辆中，旋转变压器可以为电机控制算法提供精确且稳定的位置信息，这对于确保电动车辆在各种驾驶条件下的理想性能至关重要。通过其独特的工作原理，旋转变压器能够实时准确地反馈转子的角度和速度，使电动车辆的电机控制算法能够精确调整电流输出，实现平稳驾驶和即时响应。此外，旋转变压器具有耐高温、机制简单可靠、尺寸小巧和成本低廉等优势，使其能够适应电动车辆紧凑的设计需求，并降低整体成本。

　　在实际应用中，旋转变压器驱动电路的设计面临多重挑战。首先，需要满足高电流输出和高压摆率的要求，以确保为旋转变压器提供稳定的激励信号，其次，简化电路设计和提高系统鲁棒性也是工程师们面临的重要问题。此外，复杂的噪声环境和严格的安全性要求也给设计带来了更多困难。

　　纳芯微NSOPA240x大电流输出运算放大器产品凭借其卓越的高增益带宽和压摆率，以及连续高输出电流驱动功能，满足了旋转变压器初级线圈对低失真和差分高振幅激励的严格要求。更重要的是，NSOPA240x内部集成了热关断和过流保护，不仅优化了电路设计，也降低了系统成本，还显著提高了整体系统的可靠性和性能表现。

　　NSOPA240x产品系列的车规级别满足AEC-Q100 Grade 1的可靠性要求，可在-40~125℃的严苛环境下胜任工作。不同的通道版本以满足客户不同需求，对应单通道有TO252-5封装，双通道版本有HTSSOP14封装，如下表格所示

400mA、高输出压摆率，纳芯微NSOPA240x系列破解旋转变压器之“难”

　　大电流输出能力

　　适应各类旋变原边线圈的驱动

　　输出电流能力和输出摆幅是衡量功率放大器驱动能力最重要的指标之一，负载电流与输出摆幅之间的关系直接决定在驱动运放上的耗散功率。旋转变压器的励磁原边线圈通常是有很低的DCR (直流电阻)，通常小于100Ω，因此需要有较强的电流输出能力才可以驱动线圈，最高至200mA。NSOPA240x设计为最高400mA持续输出电流能力，完全满足各类旋转变压器驱动要求。

　　高输出压摆率

　　保证原边线圈激励信号不失真

　　压摆率是反应运算放大器动态响应性能的重要性能指标之一，对于正弦信号不失真的最低要求如以下公式所示：

400mA、高输出压摆率，纳芯微NSOPA240x系列破解旋转变压器之“难”

　　对于不同类型的旋转变压器的来说，对于激励信号的幅度和频率要求都有所不同。以7Vrms，10kHz的激励信号为例，根据上述公式的计算结果，保证不失真所需的最低压摆率为0.6 V/μs左右。NSOPA240x压摆率为5.5 V/μs,，可以满足旋转变压器驱动的大部分应用需求。

　　集成限流保护，过热保护

　　提高旋变系统的可靠性，降低复杂性和成本

　　对于选旋转变压器原边驱动端这种几百mA级别的功率级别，必须具有完善的保护措施，否则就会因为过热等原因对系统产生严重的威胁甚至烧毁。NSOPA240x集成了热关断的保护功能，当芯片结温超过173℃时，器件将被禁用，通过OTF/SH_DN状态指示热关断事件发生。为了防止反复触发，过温关断功能具有温度滞回，结温需要回落到155℃，器件才会被重新使能，OTF/SH_DN引脚状态也随之改变，指示热关断事件停止。

　　如下图所示，NSOPA240x可以提供客户系统级功能安全，可以同时指示短路到电源，短路到地。

400mA、高输出压摆率，纳芯微NSOPA240x系列破解旋转变压器之“难”

　　除此之外，芯片中的每个运放都对PMOS(高侧)和NMOS(低侧)输出晶体管进行限流保护，因为过流可能发现在上管或者下管。且配备了两个专用引脚(如图中红框所示)，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。

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行业新闻

纳芯微丨AI 服务器电源功率密度提升，隔离采样芯片如何应对采样与保护挑战？

　　随着 AI 服务器电源功率密度和运行频率持续提升，系统对关键节点电压、电流的采样精度、响应速度和隔离安全提出了更高要求。　　在服务器电源系统中，从 AC/DC PFC 输入级到 DC/DC LLC 谐振级，各级功率转换均依赖精确的电压、电流监测数据，以支撑系统高效、稳定运行。在高压、高频、高功率密度工作条件下，如何在高压侧与低压控制侧之间实现可靠的物理隔离，并保障关键信号的准确、及时传输，成为系统设计中的重要问题。　　隔离采样技术可在高压侧与低压控制侧之间建立安全隔离，同时实现电压、电流等关键信号的采集与传输，帮助降低高压串扰、雷击或瞬态过压等因素对低压控制电路的影响，并为系统控制与保护提供必要反馈。　　01　　隔离采样技术演进　　从基础隔离到智能集成　　纳芯微隔离采样产品矩阵体现了从基础隔离采样向集成化、智能化方向的演进。　　以 0–2V 单端输入的 NSI1311 为起点，纳芯微隔离采样产品逐步向隔离电压采样、隔离电流采样和隔离比较器等方向拓展。　　在隔离电压采样方向，产品由单端输入的 NSI1311，发展至差分输入的隔离运放 NSI1312 和差分输入的隔离 ADC NSI1316，进一步覆盖不同应用需求。随着产品迭代，集成化趋势更加明显。NSI36xx 系列将隔离 DC-DC 电源集成于采样芯片内部，有助于简化高压侧供电设计。其中，NSI36CxxR 版本进一步集成比较器和运放，可简化系统电路，并支持硬件过流、过压保护。　　在隔离电流采样方向，产品由 NSI1300 演进至 NSI1400/1200C 系列，并推出了集成隔离电源的 NSI360x 系列。　　面向快速响应和简化设计需求，纳芯微推出隔离比较器 NSI22C12。该产品集成窗口比较器、隔离通道及高压侧 LDO，可用于实现过压或过流保护，尤其适用于服务器电源 LLC 谐振腔的快速过流保护场景。　　在服务器电源系统中，PFC 电路通常负责对输入交流电进行整形和升压，LLC 谐振拓扑随后完成 DC/DC 变换并形成最终输出。整个能量转换链路的安全、稳定运行，依赖于对关键节点电压和电流的精确监测。　　纳芯微隔离采样芯片可部署于服务器电源各核心监测点，覆盖 PFC 输入电压/电流检测、PFC 输出电压检测、LLC 谐振腔电流检测与快速过流保护，以及 DC/DC 输出电流检测等环节，支持电源系统实现从输入到输出的全链路监测与保护。　　02　　三款新品详解　　面向服务器电源的集成化设计　　服务器电源对功率密度、可靠性和效率要求较高。围绕不同层面的设计挑战，纳芯微推出了三款新品。　　首先是集成隔离电源的 NSI36xx 系列。相较于上一代 NSI13xx 系列，NSI36xx 系列进一步提升了集成度。传统方案通常需要分别为高压侧和低压侧设计供电电路，在浮地采样等场景下，设计复杂度和 PCB 占板面积较高。　　NSI36xx 系列仅需在低压侧提供单一电源即可正常工作，可省去高压侧供电电路设计，降低电源设计复杂度，并节省约 30%–50% 的板上面积，在空间受限的服务器电源系统中具备应用优势。　　NSI36CxxR 是该系列的差异化产品，集成内部比较器和单端准差分运放，可在百纳秒级时间内检测异常并触发保护机制，提升系统安全性和可靠性。　　第二款新品是 0–4V 宽压输入的隔离电压采样运放 NSI1611。面向服务器电源向更高电压发展的趋势，NSI1611 将输入范围扩大一倍，有助于提升系统抗干扰能力和采样精度。　　在相同扰动电压下，更宽的输入范围可降低扰动对采样结果的相对影响。同时，NSI1611 在保持 1GΩ 高阻输入的基础上拓宽输入范围，可进一步提升系统采样精度。　　NSI1611 提供单端输出或比例输出版本。其中，比例输出版本可将后级参考电压直接接入芯片 Reference 引脚，由芯片完成差分转单端转换及简单自适应放大，帮助客户充分利用后级 ADC 满量程，提升整体采样精度。　　第三款新品是面向快速保护设计的隔离比较器 NSI22C12。在服务器电源谐振腔过流采样中，传统方案通常采用 CT 方案或分立方案。CT 方案体积较大，输入端还需增加额外调理电路，会增加成本和 PCB 占板面积;在 DC 负载过流保护中，部分客户则采用普通比较器搭配高速光耦或数字隔离器的分立方案。　　NSI22C12 采用单芯片集成设计，集成窗口比较器，支持正负阈值设定;同时集成内部隔离通道，比较后可直接输出隔离数字信号。其高压侧集成高压 LDO，供电范围为 3.1V 至 27V，可直接接入驱动供电，简化外围供电设计。　　该产品保护延时最大仅 250 纳秒，可用于快速过压、过流检测，帮助服务器电源系统在异常工况下及时触发保护机制，提升系统控制的安全性和可靠性。　　03　　服务器电源应用　　从PFC到DC/DC全链路保护　　在典型服务器电源架构中，隔离采样芯片可部署于电能转换链路的关键环节，用于实现电压、电流检测及保护反馈。　　电源系统通常始于 PFC 电路。PFC 电路负责对输入交流电进行整形和升压，优化电网供电质量，并为后级电路提供稳定的高压直流电源。纳芯微隔离采样芯片可部署于 PFC 输入端和输出端，实时监测输入电压/电流及输出电压，为 PFC 控制回路提供关键反馈信号。　　随后，LLC 谐振电路完成 DC/DC 转换，将高压直流电转换为服务器主板所需的低压直流电。在这一环节，谐振腔电流检测与过流保护尤为关键。纳芯微隔离比较器 NSI22C12 凭借低于 250 纳秒的快速响应时间，可检测异常电流并触发保护机制，帮助降低功率器件损坏风险。　　在输出端，DC/DC 输出电流检测同样需要高精度隔离采样。通过监测输出电流，电源管理系统可根据不同负载条件调整工作状态，提升系统运行效率与稳定性。　　通过覆盖 PFC 输入/输出、LLC 谐振腔及 DC/DC 输出等关键环节，纳芯微隔离采样产品可支持服务器电源实现从输入到输出的全链路监测与保护。　　04　　精度、安全与成本　　隔离采样的三重优势　　纳芯微隔离采样芯片从采样精度、隔离安全和系统成本三个方面，为服务器电源设计提供支持。　　在采样精度方面，NSI1611 系列输入偏置电压优化至 ±0.8mV，较前代产品的 ±1.5mV 进一步降低;增益温漂由前代的 45ppm/℃ 优化至 40ppm/℃，提升全温区精度稳定性。其采样带宽达到 330kHz，可适配 SiC、GaN 等高频开关器件控制需求，满足系统高动态响应要求;　　在隔离安全方面，纳芯微“隔离+”产品提供高于基础隔离要求的安全等级，帮助系统建立高低压安全边界。NSI1611 系列隔离耐压可达 5700Vrms，最大浪涌隔离耐压 VIOSM 可达 10kV，可适配高温、高压等严苛应用环境;　　在系统成本方面，集成隔离电源的 NSI36xx 系列可省去外置隔离电源模块，降低整体 BOM 成本约 10%–20%;同时可节省 PCB 面积约 30%–50%，有助于实现更小型化的电源设计。NSI1611 的单端输出信号可直接接入 MCU 的 ADC 接口，省去传统差分输出方案所需的后级运放及调理电路，进一步降低 BOM 成本和 PCB 布局复杂度。

2026-06-03 10:02 reading：214

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