在高頻開關(guān)系統(tǒng)中，通過并聯(lián)電阻測(cè)量電流時(shí)，您可能會(huì)觀察到正弦波電流紋波幅值過大、方波紋波或快速轉(zhuǎn)換電流過沖或過高的高頻噪聲等問題。這些問題是由并聯(lián)的分流電感引起的，當(dāng)并聯(lián)電阻值較低時(shí)，尤其是在1m?以下時(shí)，分流電感就變得更為明顯。
【圖1. 這是分流電感問題的等效電路圖。100kHz開關(guān)穩(wěn)壓器的方波輸出被L1和C1濾波，使得電流紋波是正弦波。H1捕獲實(shí)際電流波形(由ROUT 1探測(cè))，E1捕獲并聯(lián)電阻的精 確電壓及其電感(由Rout探測(cè))，就像電流檢測(cè)放大器(20V電源有助于方便地偏置和縮放以同時(shí)查看輸出波形)?！?
您可能遇到的一個(gè)問題涉及不正確的正弦波波紋信號(hào)幅度和波形。這里建模的一個(gè)實(shí)例中，波紋信號(hào)太大，使人懷疑整個(gè)測(cè)量的準(zhǔn)確性。隨附提供給我們的電路圖顯示了一個(gè)神秘的三角波，繪制于電路圖上分流電阻附近(沒有說明)，起初我沒有注意，直到我仿真了電路。
【圖2. 綠色的曲線代表實(shí)際的紋波電流，而黃色的曲線代表分流電阻的壓降，這是從電流檢測(cè)放大器輸出的信號(hào)，沒有輸入濾波器。請(qǐng)注意，三角形的幅值比正弦波大得多(源E和H被縮放，當(dāng)一切正常時(shí)，它們將匹配)。】
【圖3. 這繪制了我們?cè)趹?yīng)用中看到的問題。由于應(yīng)用有一個(gè)輸入濾波器，所以放大器輸出的波形是正弦的，但幅值過大。只是濾波電容器太小的問題?！?/span>
【圖4. 此應(yīng)用電路圖顯示了濾波器在RFILT和CFILT處的初始值不正確，產(chǎn)生了圖3的波形。將CFILT修正為0.3μF將提供正確的波形和幅值，如圖5所示。】
【圖5. 紋波以正確的濾波值響應(yīng)。波形互相重疊?！?
確實(shí)，正弦波紋波在并聯(lián)電阻有足夠的分流電感時(shí)確實(shí)會(huì)變成三角形波形。放大器zui初有一個(gè)正弦波輸出，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員明智地在放大器輸入處包含了一個(gè)低通濾波器，但它根本沒有被正確地“調(diào)諧”。在這種情況下，調(diào)諧涉及調(diào)整電容值，直到紋波匹配正確的計(jì)算值?，F(xiàn)實(shí)世界分流的問題是，由于電感規(guī)格的模糊性，它們不遵守規(guī)則的分析方法。您可能會(huì)在數(shù)據(jù)表前看到類似于“0.5到5nH”的標(biāo)注，而在規(guī)格表上沒有具體的值，就看您是否幸運(yùn)了。那么您使用一個(gè)電流探頭，通過迭代您的電容器來確定正確的值(很明顯，如果幅值太大，您就增加電容值和Vice，反之亦然)。
事實(shí)上，如果您有一個(gè)真正的方波電流，您可能有幸有一個(gè)過沖，您會(huì)以同樣的方式“調(diào)出”。一旦您找到正確的濾波值，它將用于生產(chǎn)，甚至如果您不得不更換并聯(lián)電阻供應(yīng)商，它可能仍然有效。構(gòu)建低于1m?的分流系統(tǒng)的方法不多。我可曾提到過，由于分流電感的影響，這個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)問題會(huì)隨著分流系統(tǒng)變小(通常是在小于1 m?的情況下)而變得更糟？
在輸入前濾波的重要性
重要的是，這種濾波應(yīng)在電流檢測(cè)IC輸入之前完成。對(duì)沒有前端濾波的系統(tǒng)長(zhǎng)期收集的數(shù)據(jù)顯示，在電流和功率值的數(shù)據(jù)圖中，不明原因地偶然(但頻率足夠出問題)出現(xiàn)了大的尖峰。這些尖峰是引起電流檢測(cè)前端混疊的并聯(lián)電阻上升的高頻響應(yīng)引起的，不管是斬波穩(wěn)定放大器、三角-西格瑪轉(zhuǎn)換器還是平均SAR，如果它們是采樣系統(tǒng)，所有這些系統(tǒng)都是脆弱的。與任何混疊問題一樣，正確的解決方案是在電流檢測(cè)IC輸入前進(jìn)行模擬濾波。不理會(huì)說您不需要濾波器的供應(yīng)商。如果它是個(gè)采樣系統(tǒng)，并且您正在收集數(shù)據(jù)，您需要一個(gè)干凈的信號(hào)進(jìn)入您的電流檢測(cè)IC。還請(qǐng)記住，混疊不是唯 一的潛在問題，未經(jīng)濾波的輸入只會(huì)導(dǎo)致這些高頻輸入使前端過載的風(fēng)險(xiǎn)。
如果您想更多的抑制噪音，當(dāng)然可以調(diào)到更低的頻率。在輸入到鏈路中的第 一個(gè)放大器之前進(jìn)行濾波總是有益的。大多數(shù)電流檢測(cè)IC限制在輸入處實(shí)際濾波到一個(gè)單極，但應(yīng)始終使用，并視乎需求在放大器的輸出處實(shí)施更高階的濾波。
雖然本文討論這個(gè)問題存在于瞬態(tài)域，但任何精明的觀察者都會(huì)意識(shí)到它可看作是個(gè)簡(jiǎn)單的一階帶寬問題。在極低歐姆值的并聯(lián)電阻上的分流電感產(chǎn)生數(shù)百千赫拐角頻率，有時(shí)出奇地低。無論如何處理，作為帶寬問題、時(shí)間常數(shù)問題或瞬態(tài)響應(yīng)問題，zui佳濾波器的時(shí)間常數(shù)將等于并聯(lián)電阻及其電感的時(shí)間常數(shù)(或補(bǔ)償并聯(lián)零頻率的極點(diǎn)頻率)：
電流檢測(cè)IC將始終使用差分濾波器，RFILT將是兩個(gè)電阻之和。從數(shù)學(xué)的角度，zui難的部分是得到一個(gè)實(shí)際的LSHUNT值。
【圖6. 頻率響應(yīng)圖顯示500 μ?并聯(lián)電阻有3 nH電感，頻率響應(yīng)不斷上升，用綠色表示，以及輸入濾波器與一對(duì)10?電阻和0.3μF電容的互補(bǔ)響應(yīng)。請(qǐng)注意，這個(gè)分流顯示拐角頻率約為30千赫?！?/span>