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并联电阻测量电流时的建模方法及应用

更新时间:2023-12-13 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

在高频开关系统中,通过并联内阻检测电压时,您可能会观察到正弦波电压纹跌幅值过大、方波杂讯或快速转换电压过冲或过低的高频噪音等问题。这种问题是由并联的分流电感造成的,当并联内阻值较低时,尤其是在1mΩ以下时,分流电感就显得更为显著。jGD物理好资源网(原物理ok网)

图1:这是分流电感问题的等效电路图。开关稳压器的方波输出被L1和C1混频,致使电压杂讯是正弦波。H1捕获实际电压波形(由ROUT1侦测),E1捕获并联内阻的精确电流及电感(由Rout侦测),如同电压测量放大器(20V电源有助于便捷地偏置和缩放以同时查看输出波形)。jGD物理好资源网(原物理ok网)

您可能碰到不正确的正弦波波纹讯号幅度和波形的问题。这儿建模的一个实例中,波纹讯号太大,使人怀疑整个检测的确切性。电路图中显示了一个神秘的三角波,在并联内阻附近,在我对电路进行仿真时才注意到。jGD物理好资源网(原物理ok网)

图2:红色曲线代表实际的谐波电压;红色曲线代表并联阻值的压降,跟不带输入混频器的电压测量放大器输出的讯号是一样的。请注意,三角波的幅值比正弦波大得多(源E和H被缩放,当一切正常时,它们将匹配)。jGD物理好资源网(原物理ok网)

图3:绘出了我们在应用中见到的问题。它有一个输入混频器,所以放大器输出的波形是余弦的,但幅值过大。这只不过是检波电容器太小的问题。jGD物理好资源网(原物理ok网)

图4:此应用电路图显示混频器在RFILT和CFILT处的初始值不正确电感并联分流公式,形成了图3的波形。将CFILT修正为0.3µF后将提供正确的波形和幅值,如图5所示。jGD物理好资源网(原物理ok网)

图5:串扰有正确的检波值。波形相互重叠。jGD物理好资源网(原物理ok网)

正弦波杂讯在并联内阻有足够的分流电感时确实会弄成三角波形。放大器最初有一个正弦波输出,由于设计人员明智地在放大器输入处使用了一个低通混频器,并且它没有被正确地“调整”。在这些情况下,须要调整的有电容值,直至杂讯符合正确的估算值。实际应用中的分流问题是电感并联分流公式,由于电感尺寸的不确定,它们不违背规则的剖析技巧。您可能会在数据表中听到“0.5到5nH”这样的标明,然而却没有具体的值,这就看您是否辛运了。所以您须要使用一个电压探头,通过反复调整电容器来确定正确的值(很显著,假如幅值太大,就降低电容值,幅值太小的话就减少电容值)。jGD物理好资源网(原物理ok网)

事实上,假若您有一个真正的电压方波,您可能可以很辛运地以同样的方法“调出”一个过冲。一旦找到正确的检波值,就可用于生产,甚至在不得不更换并联内阻供应商时,它仍可能有用。建立高于1mΩ并联阻值的方式不多。我是不是提及过,因为分流电感的影响,瞬态响应问题会随着并联内阻的变小(一般大于1mΩ)而显得更糟?jGD物理好资源网(原物理ok网)

在输入前完成混频的重要性jGD物理好资源网(原物理ok网)

混频应在电压测量IC输入之前完成,这很重要。对没有后端混频的系统常年搜集的数据显示,在电压和功率值的数据图中不明缘由地碰巧(但频度已足以造成问题)出现了大的尖峰。并联内阻的高频响应上升,导致电压测量后端混叠,因而形成尖峰。不管是检波稳定放大器、delta-sigma转换器还是平均SAR,只要是取样系统,这么它们都是脆弱的。与任何混叠问题一样,正确的解决方式是在电压测量IC输入前进行模拟混频。离开这些说您不须要混频器的供应商。假如它是一个取样系统而且您正在搜集数据,您的电压测量IC就须要一个干净的讯号。还请记住,混叠不是惟一可能存在的问题,若是不对输入进行检波,高频输入很可能使后端过载。jGD物理好资源网(原物理ok网)

最后,假若您须要进一步抑制噪声,其实可以调到更低的频度。在输入步入第一个放大器之前进行检波总是有益的。大多数电压测量IC在单极输入处会限制实际混频,但还是应当使用,假如须要,在放大器的输出处还可施行更高阶的混频。jGD物理好资源网(原物理ok网)

尽管本文讨论的问题存在于瞬态域,但任何敏感的读者就会意识到它可看作一个简单的一阶带宽问题。在欧姆值极低的并联内阻上的分流电感形成了几百kHz的拐角频度,有时出奇地低。无论如何,作为带宽问题、时间常数问题或瞬态响应问题,最佳混频器的时间常数都将等于并联内阻及其电感的时间常数(或补偿并联零频度的极点频度):jGD物理好资源网(原物理ok网)

电压测量IC将一直使用差分混频器,RFILT将是两个内阻之和。从物理的角度,最难的部份是得到一个实际的值。jGD物理好资源网(原物理ok网)

图6:频度响应曲线(红色)显示有3nH电感的500µΩ并联内阻的上升频度响应,以及有一对10Ω内阻和0.3µF电容的输入混频器的互补响应。请注意,并联内阻显示出约为30kHz的拐角频度。jGD物理好资源网(原物理ok网)

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