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作者：納芯微電子 隨著市場對高精度、高性能電機控制技術的不斷追求，旋轉變壓器作為其核心部件之一，其精確測量角度位置和轉速的能力顯得尤為重要。 然而，旋轉變壓器驅動電路的特殊要求一直是行業發展的技術瓶頸。為解決這一挑戰，納芯微近日發布了全新的NSOPA240x系列運算放大器，旨在簡化電路設計并提高系統魯棒性，為旋轉變壓器驅動應用帶來創新性的解決方案。 
旋轉變壓器作為一種電磁式傳感器，可用來精確測量角度位置和轉速，在工業電機控制、伺服器、機器人、電動和混動汽車中的動力系統單元中得到了廣泛應用。特別是在電動車輛中，旋轉變壓器可以為電機控制算法提供精確且穩定的位置信息，這對于確保電動車輛在各種駕駛條件下的理想性能至關重要。通過其獨特的工作原理，旋轉變壓器能夠實時準確地反饋轉子的角度和速度，使電動車輛的電機控制算法能夠精確調整電流輸出，實現平穩駕駛和即時響應。此外，旋轉變壓器具有耐高溫、機制簡單可靠、尺寸小巧和成本低廉等優勢，使其能夠適應電動車輛緊湊的設計需求，并降低整體成本。 在實際應用中，旋轉變壓器驅動電路的設計面臨多重挑戰。首先，需要滿足高電流輸出和高壓擺率的要求，以確保為旋轉變壓器提供穩定的激勵信號，其次，簡化電路設計和提高系統魯棒性也是工程師們面臨的重要問題。此外，復雜的噪聲環境和嚴格的安全性要求也給設計帶來了更多困難。 納芯微NSOPA240x大電流輸出運算放大器產品憑借其卓越的高增益帶寬和壓擺率，以及連續高輸出電流驅動功能，滿足了旋轉變壓器初級線圈對低失真和差分高振幅激勵的嚴格要求。更重要的是，NSOPA240x內部集成了熱關斷和過流保護，不僅優化了電路設計，也降低了系統成本，還顯著提高了整體系統的可靠性和性能表現。 NSOPA240x產品系列的車規級別滿足AEC-Q100 Grade 1的可靠性要求，可在-40~125℃的嚴苛環境下勝任工作。不同的通道版本以滿足客戶不同需求，對應單通道有TO252-5封裝，雙通道版本有HTSSOP14封裝，如下表格所示
大電流輸出能力-適應各類旋變原邊線圈的驅動 輸出電流能力和輸出擺幅是衡量功率放大器驅動能力最重要的指標之一，負載電流與輸出擺幅之間的關系直接決定在驅動運放上的耗散功率。旋轉變壓器的勵磁原邊線圈通常是有很低的DCR (直流電阻)，通常小于100Ω，因此需要有較強的電流輸出能力才可以驅動線圈，最高至200mA。NSOPA240x設計為最高400mA持續輸出電流能力，完全滿足各類旋轉變壓器驅動要求。 高輸出壓擺率-保證原邊線圈激勵信號不失真 壓擺率是反應運算放大器動態響應性能的重要性能指標之一，對于正弦信號不失真的最低要求如以下公式所示：
對于不同類型的旋轉變壓器的來說，對于激勵信號的幅度和頻率要求都有所不同。以7Vrms，10kHz的激勵信號為例，根據上述公式的計算結果，保證不失真所需的最低壓擺率為0.6 V/μs左右。NSOPA240x壓擺率為5.5 V/μs,，可以滿足旋轉變壓器驅動的大部分應用需求。 集成限流保護，過熱保護-提高旋變系統的可靠性，降低復雜性和成本 對于選旋轉變壓器原邊驅動端這種幾百mA級別的功率級別，必須具有完善的保護措施，否則就會因為過熱等原因對系統產生嚴重的威脅甚至燒毀。NSOPA240x集成了熱關斷的保護功能，當芯片結溫超過173℃時，器件將被禁用，通過OTF/SH_DN狀態指示熱關斷事件發生。為了防止反復觸發，過溫關斷功能具有溫度滯回，結溫需要回落到155℃，器件才會被重新使能，OTF/SH_DN引腳狀態也隨之改變，指示熱關斷事件停止。 如下圖所示，NSOPA240x可以提供客戶系統級功能安全，可以同時指示短路到電源，短路到地。
除此之外，芯片中的每個運放都對PMOS(高側)和NMOS(低側)輸出晶體管進行限流保護，因為過流可能發現在上管或者下管。且配備了兩個專用引腳（如圖中紅框所示），可用來區分上管過流或下管過流，分別對應短路到地和短路到供電電壓的應用場景。當輸出電流回到正常值時，將同步釋放指示引腳，使系統輕松應對類似ISO16750標準中規定的短路測試場景。 |
