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設計精確、低成本的低側電流感應電路

時間:2018-11-24 10:58:40來源: 作者: 點擊:
  在本篇文章中,我將介紹如何使用應用印刷電路板(PCB)技術,采用一款微型運算放大器 (Op amp)來設計精確的、低成本的低側電流感應電路。   圖1是之前的博客文章引用的低側電流感應電

  在本篇文章中,我將介紹如何使用應用印刷電路板(PCB)技術,采用一款微型運算放大器 (Op amp)來設計精確的、低成本的低側電流感應電路。

  圖1是之前的博客文章引用的低側電流感應電路原理圖,圖一中使用的是TLV9061超小型運算放大器。

  圖1:低側電流感應原理圖

 

  公式1是計算圖1所示電路的傳遞函數:

  其中。

  精確的低側電流感應設計對印刷電路板的設計有兩大要求。首先要確保分流電阻(Rshunt)直接連接到放大器的同相輸入端和RG的接地端,這通常被稱為“開爾文接法”(Kelvin connection)。如果不使用開爾文接法,會產生與分流電阻(Rshunt)串聯的寄生電阻,導致系統產生增益誤差。圖2顯示了系統中寄生電阻的位置。

  圖2:與分流電阻(Rshunt)串聯的寄生電阻

 

  公式2是計算圖2中電路的傳遞函數:

  第二個設計要求是要將電阻RG的接地端盡可能地靠近分流電阻(Rshunt)的接地端。當電流流過印刷電路板的接地層時,接地層上會產生壓降,致使印刷電路板上不同位置的接地層電壓出現差異。這會使系統出現偏移電壓。在圖3中,連接到RG的地面電壓源符號代表了地電位的不同。

  圖3:接地層電壓差異

 

  公式3是計算圖3所示電路的傳遞函數:

  圖4顯示了正確的印刷電路板布局示意圖。

  圖4:正確的布局示意圖

 

  圖5展示了我之前建議的適合低側電流感應設計的印刷電路板布局。頂層是紅色,底層是藍色的。印刷電路板布局中的R5和C1指示負載電阻和去耦電容應該放置的的位置。

  圖 5:正確的低側電流感應印刷電路板布局

 

  需要注意的是從分流電阻(Rshunt)發出的軌跡線使用開爾文接法且RG盡可能靠近分流電阻 (Rshunt)。您能夠使用小型(0.8mm×0.8mm)五引腳X2SON封裝的TLV9061運算放大器將所有無源器件放置在頂層分流電阻的兩個焊盤之間。您可以從這里方便地將底層的分流電阻(Rshunt)線路穿過通孔與頂層的同相引腳和RG連接起來。

  在您今后為低側電流感應設計印刷電路板布局時,請務必遵循以下準則,以減少設計中潛在的錯誤:

  在分流電阻(Rshunt)上使用開爾文接法。

  RG盡可能放置在靠近分流電阻(Rshunt)接地端的地方。

  去耦電容盡可能靠近電源引腳。

  至少要有一個可靠的接地層。

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