ADI ADuM4195-1隔离放大器在电压检测中的应用优势-电子发烧友网

在高压隔离测量应用中，工程师常面临如何选择合适隔离放大器的问题，例如“差分输出与单端输出哪种更优？”或“如何实现高精度测量？”。本文将重点介绍 ADI 的 ADuM4195-1 隔离放大器，分析其特性及其在电压检测中的优势。

图1 ADI ADuM4195-1 隔离放大器产品图

电压检测用隔离放大器的关键性能要求

隔离放大器在高压测量中用于提高高压测量的精度，但隔离放大器的哪些特性适合实现这一目标？接下来我们来看看用于电压传感的隔离放大器的主要应用，以及每种应用对隔离放大器的要求。

电压检测用隔离放大器的用途和要求

即使在恶劣的温度环境中也能进行高精度测量

通过减少元件数量，可以提高可靠性

坚固耐用，能够承受长期使用

可再生能源基础设施 (逆变器等) 的绝缘测量

即使在高压环境中也能确保安全性

电动汽车 (动力总成、充电设备、电池管理系统等) 的绝缘测量

电路小型化设计，以适应有限的安装空间

即使在恶劣的噪声环境中也能进行精确测量，从而实现更大的续航里程

ADuM4195-1 隔离放大器的核心特性

ADuM4195-1 是一款固定增益、单端输出隔离放大器。下图 (图2) 为 ADuM4195-1 电路框图，它的主要特点有如下几点，有助于实现高精度电压检测电路。

图2 ADuM4195-1 电路框图

具有高隔离性能的紧凑型封装

采用 8 引脚宽体 SOIC 封装，爬电距离更大，适合高压应用

高精度输出

输出电压范围：0.25V~4.3V (典型值)

输出偏置电压：±5mV (最大)

输出增益误差：±0.5% (最大)

低功耗

初级侧电流：4.9mA (最大)

次级侧电流：7.3mA (最大)

ADuM4195-1 的三大核心优势——单端输出、宽输入/输出电压范围 (0.25V~4.3V) 和高输入阻抗 (1GΩ 典型值)，它减少了组件数量，节省了空间，并提高了准确性和可靠性，使其成为高压测量的理想选择。以下详细分析这些优势。

单端输出，宽输入/输出电压范围

电压感应电路的单端输出有哪些优势？下图 (图3) 为一个典型的差分输出隔离放大器和 ADuM4195-1 的电路配置对比图，我们通过二者来进行比较说明。可以看出，单端输出减少了元件数量并提高了可靠性。

图3 典型的差分输出隔离放大器与 ADuM4195-1 的电路配置对比图

通常在电压感应电路中，隔离放大器的输出信号通常需要传输至微控制器内置的 AD 转换器。对于具有差分输出的隔离式放大器，从两个端子输出的差分信号必须先转换为单端信号，然后才能输入到模数转换器。此外，传统隔离放大器的输入和输出电压范围通常在 2V 左右，往往需要额外的放大和电平转换来匹配适合 AD 转换器的输入电压范围。

这种信号调理过程需要依赖外部电路 (如多级运放)，不仅增加了元件数量，还会引入多种误差源——包括运放的失调电压、增益误差，以及电阻元件的温漂特性等。这些因素不仅会扩大电路板面积，还可能迫使系统增加校准环节。

另一方面，ADuM4195-1 具有单端输出架构，无需在模数转换器前面进行差分单端转换。此外，宽输入和输出电压范围 (0.25V~4.3V) 也免除了额外的对放大电路需求。这种设计显著减少了元件数量，在实现电路小型化的同时提高了可靠性，更便于系统设计与评估。

高输入阻抗的优势

高输入阻抗 (1GΩ) 是 ADuM4195-1 的另一大亮点。如下图 (图4) 所示，无论是直接输入 (CASE1) 还是通过电阻分压器输入 (CASE2)，ADuM4195-1 的测量结果均保持一致，误差极小。

图4 高输入阻抗最大限度地减少了系统误差源

在测试中，ADuM4195-1 电路对直接输入 (CASE1) 和电阻分压器输入 (CASE2) 的测量结果表现出高度一致性。无论有没有电阻分压器，结果一致是由于 ADuM4195-1 的高输入阻抗。ADuM4195-1 具有 1GΩ 的高输入阻抗，能有效降低通过电阻分压器输入时产生的偏置电流误差。由于 ADuM4195-1 不需要在模数转换器前端配置额外电路，既避免了输入级偏置电流引入的误差，又消除了输出级外部电路带来的干扰，从而将系统整体误差控制在最低水平。

相比之下，在使用低输入阻抗的隔离放大器的电路中，其 CASE1 和 CASE2 测量结果会出现明显差异。这是因为当信号通过电阻分压器输入时，偏置电流会极大地影响测量精度。如前文所述，差分输出放大器的误差因数会随着外部电路的增加而增加。如果输入阻抗也很低，则输入和输出处都存在误差因子，这将导致系统电路整体误差显著增大。

在实际电压检测应用中，电阻分压器是最常用的前端电路，输入由电阻分压器主导，因此 ADuM4195-1 的高输入阻抗成为显著的优势。ADuM4195-1 有助于实现精确、可靠且节省空间的电压检测电路方案。本文介绍的 ADuM4195-1 是 ADI 专为电压检测优化的隔离放大器，现提供评估板供工程师验证使用。