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并聯電阻測量電流時的建模方法及應用

更新時間:2023-12-13 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

在高頻開關系統中,通過并聯內阻檢測電壓時,您可能會觀察到正弦波電壓紋跌幅值過大、方波雜訊或快速轉換電壓過沖或過低的高頻噪音等問題。這種問題是由并聯的分流電感造成的,當并聯內阻值較低時,尤其是在1mΩ以下時,分流電感就顯得更為顯著。T8u物理好資源網(原物理ok網)

圖1:這是分流電感問題的等效電路圖。開關穩壓器的方波輸出被L1和C1混頻,致使電壓雜訊是正弦波。H1捕獲實際電壓波形(由ROUT1偵測),E1捕獲并聯內阻的精確電流及電感(由Rout偵測),如同電壓測量放大器(20V電源有助于便捷地偏置和縮放以同時查看輸出波形)。T8u物理好資源網(原物理ok網)

您可能碰到不正確的正弦波波紋訊號幅度和波形的問題。這兒建模的一個實例中,波紋訊號太大,使人懷疑整個檢測的確切性。電路圖中顯示了一個神秘的三角波,在并聯內阻附近,在我對電路進行仿真時才注意到。T8u物理好資源網(原物理ok網)

圖2:紅色曲線代表實際的諧波電壓;紅色曲線代表并聯阻值的壓降,跟不帶輸入混頻器的電壓測量放大器輸出的訊號是一樣的。請注意,三角波的幅值比正弦波大得多(源E和H被縮放,當一切正常時,它們將匹配)。T8u物理好資源網(原物理ok網)

圖3:繪出了我們在應用中見到的問題。它有一個輸入混頻器,所以放大器輸出的波形是余弦的,但幅值過大。這只不過是檢波電容器太小的問題。T8u物理好資源網(原物理ok網)

圖4:此應用電路圖顯示混頻器在RFILT和CFILT處的初始值不正確電感并聯分流公式,形成了圖3的波形。將CFILT修正為0.3μF后將提供正確的波形和幅值,如圖5所示。T8u物理好資源網(原物理ok網)

圖5:串擾有正確的檢波值。波形相互重疊。T8u物理好資源網(原物理ok網)

正弦波雜訊在并聯內阻有足夠的分流電感時確實會弄成三角波形。放大器最初有一個正弦波輸出,由于設計人員明智地在放大器輸入處使用了一個低通混頻器,并且它沒有被正確地“調整”。在這些情況下,須要調整的有電容值,直至雜訊符合正確的估算值。實際應用中的分流問題是電感并聯分流公式,由于電感尺寸的不確定,它們不違背規則的剖析技巧。您可能會在數據表中聽到“0.5到5nH”這樣的標明,然而卻沒有具體的值,這就看您是否辛運了。所以您須要使用一個電壓探頭,通過反復調整電容器來確定正確的值(很顯著,假如幅值太大,就降低電容值,幅值太小的話就減少電容值)。T8u物理好資源網(原物理ok網)

事實上,假若您有一個真正的電壓方波,您可能可以很辛運地以同樣的方法“調出”一個過沖。一旦找到正確的檢波值,就可用于生產,甚至在不得不更換并聯內阻供應商時,它仍可能有用。建立高于1mΩ并聯阻值的方式不多。我是不是提及過,因為分流電感的影響,瞬態響應問題會隨著并聯內阻的變小(一般大于1mΩ)而顯得更糟?T8u物理好資源網(原物理ok網)

在輸入前完成混頻的重要性T8u物理好資源網(原物理ok網)

混頻應在電壓測量IC輸入之前完成,這很重要。對沒有后端混頻的系統常年搜集的數據顯示,在電壓和功率值的數據圖中不明緣由地碰巧(但頻度已足以造成問題)出現了大的尖峰。并聯內阻的高頻響應上升,導致電壓測量后端混疊,因而形成尖峰。不管是檢波穩定放大器、delta-sigma轉換器還是平均SAR,只要是取樣系統,這么它們都是脆弱的。與任何混疊問題一樣,正確的解決方式是在電壓測量IC輸入前進行模擬混頻。離開這些說您不須要混頻器的供應商。假如它是一個取樣系統而且您正在搜集數據,您的電壓測量IC就須要一個干凈的訊號。還請記住,混疊不是惟一可能存在的問題,若是不對輸入進行檢波,高頻輸入很可能使后端過載。T8u物理好資源網(原物理ok網)

最后,假若您須要進一步抑制噪聲,其實可以調到更低的頻度。在輸入步入第一個放大器之前進行檢波總是有益的。大多數電壓測量IC在單極輸入處會限制實際混頻,但還是應當使用,假如須要,在放大器的輸出處還可施行更高階的混頻。T8u物理好資源網(原物理ok網)

盡管本文討論的問題存在于瞬態域,但任何敏感的讀者就會意識到它可看作一個簡單的一階帶寬問題。在歐姆值極低的并聯內阻上的分流電感形成了幾百kHz的拐角頻度,有時出奇地低。無論如何,作為帶寬問題、時間常數問題或瞬態響應問題,最佳混頻器的時間常數都將等于并聯內阻及其電感的時間常數(或補償并聯零頻度的極點頻度):T8u物理好資源網(原物理ok網)

電壓測量IC將一直使用差分混頻器,RFILT將是兩個內阻之和。從物理的角度,最難的部份是得到一個實際的值。T8u物理好資源網(原物理ok網)

圖6:頻度響應曲線(紅色)顯示有3nH電感的500μΩ并聯內阻的上升頻度響應,以及有一對10Ω內阻和0.3μF電容的輸入混頻器的互補響應。請注意,并聯內阻顯示出約為30kHz的拐角頻度。T8u物理好資源網(原物理ok網)

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