PFC电流隔离采样电路的工作原理

图1 H桥PFC主电路拓扑

由于在该拓扑应用中，DSP的控制地通常和输入电流检测信号不共地，因此需要该单元电路解决电流隔离检测和小信号放大问题。

图2 AMC1301DWVR运放电路

图3 DSP端口的RC滤波

电路图说明：

1. PFCCURR1和AGND_N是从PFC分流器直接引出的电流检测小信号。

1. PFCCURRSAMP3和PFCCURRSAMP4是经过电流隔离检测并放大后，送入控制板的差分电流采样信号。

2. PFCCURRSAMP1和PFCCURRSAMP2是对PFCCURRSAMP3和PFCCURRSAMP4低通滤波和钳位后，送入DSP-ADC的差分电流采样信号。

3. 第一级低通滤波R409和C407是对分流器采样信号进行滤波；

第二级滤波是对隔离运放的输出进行滤波，该参数的选择与电路是否用于OCP保护有关；

第三级R423/C414以及R414/C409是位于控制板上的，目的是滤除信号在传输过程中的干扰；

4.R415与R416的分压作用

如图2，在隔离运放输出上有两个分压电阻R415/R416。其主要用于兼容不同共模输出电压的隔离运放的，其主要目的是调整隔离运放到DSP-ADC口的增益，用于满足ADC采样口0-3.2V的采样范围。

工作原理

如图2所示，PFC电感电流在分流器上产生压降，经过差分采样检出电流小信号PFCCURR1 (相对于AGND_N)。由于AGND_N与控制地AGND非等电位，电流信号PFCCURR1-AGND_N通过隔离运放U402，转换为差分放大信号(PFCCURRSAMP3和 PFCCURRSAMP4)。该信号再经过低通滤波和钳位后，送入DSP –ADC进行相减操作，得到放大了K倍的PFC电感电流信号。

K值由分流器阻值、隔离运放增益、后级分压倍数决定以及ADC转换系数决定。一般情况下，DSP的ADC电压基准为3.2V，因此采样范围0~3.2V。选择电流采样分流器时需要结合和隔离采样运放输入范围（以AMC1301为例：可采样范围±302.7mV，最佳线性范围±250mV）、ADC转换系数等综合考虑。

分流器选择

选择合适的PFC分流器需兼顾阻值、功耗、温漂、容差、安装方式，抗冲击能力及成本，同时还要考虑电流检测信号的走线方式，以获得尽可能高的采样精度和共模抑制能力。具体解释如下：

1、分流器阻值过大，会引入较大的功耗。另一方面，阻值选取时不能使最大采样信号超过TI-AMC1301的最大允许输入范围(±302.7mV)。反过来，阻值如果太小，也会带来诸多问题，例如：

(a) 器件可选择性差，用量小成本高；

(b) 采样信号较低，没有充分利用隔离运放的有效输入范围，且信噪比太低，容易受共模噪声及输入失调电压影响。

(c) 当阻值降低到一定程度，上锡饱满度及焊接电阻对采样精度和温漂的影响逐渐显现，对焊接工艺和焊接质量、器件封装等有更高要求。

2、分流器功耗过大，对于散热条件较差的表贴膜式分流器，影响可靠性。而对于插件分流器，容易造成发热严重，阻值漂移，影响精度。

3、 为保证高精度采样，对于插件式分流器，推荐采用低温漂的锰铜材料。表贴分流器温漂系数不同厂家可能有差别，同系列材质不同也有差异，选型时需留意。另外，对高频开关电流采样，分流器还应具有低寄生电感，以降低感应电压对高频小幅值采样信号的影响。

4、分流器的初始容差可经过生产校准消除，从采样精度和成本考虑，精度一般为1%。

5、 安装方式需考虑生产效率、散热、焊接方式及占板面积。

6、 由于分流器得到的采样信号很弱，PCB布线时需特别注意避开电感、变压器等强骚扰源，同时减小回路面积，推荐使用凯文接线。分流器和隔离运放应尽可能靠近，缩短传输路径。

7、PFC分流器一般与交流输入相连，在雷击或浪涌时分流器会流过大电流，需考虑器件的抗冲击能力和脉冲降额，推荐优选金属分流器，慎用表贴膜式器件。

隔离运放选择

隔离运放是实现采样信号初始放大、隔离传输的关键器件，其特性、外围电路和走线对于保证高采样精度和高CMTI至关重要。选型时主要考虑以下几项指标：

1） 输入/输出电压范围

2）增益及其偏差

3）增益、非线性度、失调电压及各自的温漂系数

4）输入偏置电流

5） PFC开关频率和隔离运放的带宽(主要影响相位延迟)

6）最大工作隔离电压VIORM。

7）共模抑制比和共模瞬变抑制力