在高頻開(kāi)關(guān)系統中，通過(guò)并聯(lián)電阻測量電流時(shí)，您可能會(huì )觀(guān)察到正弦波電流紋波幅值過(guò)大、方波紋波或快速轉換電流過(guò)沖或過(guò)高的高頻噪聲等問(wèn)題。這些問(wèn)題是由并聯(lián)的分流電感引起的，當并聯(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(wèn)題的等效電路圖。100kHz開(kāi)關(guān)穩壓器的方波輸出被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)，E1捕獲并聯(lián)電阻的精 確電壓及其電感(由Rout探測)，就像電流檢測放大器(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(wèn)題涉及不正確的正弦波波紋信號幅度和波形。這里建模的一個(gè)實(shí)例中，波紋信號太大，使人懷疑整個(gè)測量的準確性。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(méi)有說(shuō)明)，起初我沒(méi)有注意，直到我仿真了電路。
【圖2. 綠色的曲線(xiàn)代表實(shí)際的紋波電流，而黃色的曲線(xiàn)代表分流電阻的壓降，這是從電流檢測放大器輸出的信號，沒(méi)有輸入濾波器。請注意，三角形的幅值比正弦波大得多(源E和H被縮放，當一切正常時(shí)，它們將匹配)?！?
【圖3. 這繪制了我們在應用中看到的問(wèn)題。由于應用有一個(gè)輸入濾波器，所以放大器輸出的波形是正弦的，但幅值過(guò)大。只是濾波電容器太小的問(wèn)題?！?/span>
【圖4. 此應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。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，因為設計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(méi)有被正確地“調諧”。在這種情況下，調諧涉及調整電容值，直到紋波匹配正確的計算值?，F實(shí)世界分流的問(wèn)題是，由于電感規格的模糊性，它們不遵守規則的分析方法。您可能會(huì )在數據表前看到類(lèi)似于“0.5到5nH”的標注，而在規格表上沒(méi)有具體的值，就看您是否幸運了。那么您使用一個(gè)電流探頭，通過(guò)迭代您的電容器來(lái)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(guò)沖，您會(huì )以同樣的方式“調出”。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)電阻供應商，它可能仍然有效。構建低于1m?的分流系統的方法不多。我可曾提到過(guò)，由于分流電感的影響，這個(gè)瞬態(tài)響應問(wèn)題會(huì )隨著(zhù)分流系統變小(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，這種濾波應在電流檢測IC輸入之前完成。對沒(méi)有前端濾波的系統長(cháng)期收集的數據顯示，在電流和功率值的數據圖中，不明原因地偶然(但頻率足夠出問(wèn)題)出現了大的尖峰。這些尖峰是引起電流檢測前端混疊的并聯(lián)電阻上升的高頻響應引起的，不管是斬波穩定放大器、三角-西格瑪轉換器還是平均SAR，如果它們是采樣系統，所有這些系統都是脆弱的。與任何混疊問(wèn)題一樣，正確的解決方案是在電流檢測IC輸入前進(jìn)行模擬濾波。不理會(huì )說(shuō)您不需要濾波器的供應商。如果它是個(gè)采樣系統，并且您正在收集數據，您需要一個(gè)干凈的信號進(jìn)入您的電流檢測IC。還請記住，混疊不是唯 一的潛在問(wèn)題，未經(jīng)濾波的輸入只會(huì )導致這些高頻輸入使前端過(guò)載的風(fēng)險。
如果您想更多的抑制噪音，當然可以調到更低的頻率。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。大多數電流檢測IC限制在輸入處實(shí)際濾波到一個(gè)單極，但應始終使用，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(wèn)題存在于瞬態(tài)域，但任何精明的觀(guān)察者都會(huì )意識到它可看作是個(gè)簡(jiǎn)單的一階帶寬問(wèn)題。在極低歐姆值的并聯(lián)電阻上的分流電感產(chǎn)生數百千赫拐角頻率，有時(shí)出奇地低。無(wú)論如何處理，作為帶寬問(wèn)題、時(shí)間常數問(wèn)題或瞬態(tài)響應問(wèn)題，zui佳濾波器的時(shí)間常數將等于并聯(lián)電阻及其電感的時(shí)間常數(或補償并聯(lián)零頻率的極點(diǎn)頻率)：
電流檢測IC將始終使用差分濾波器，RFILT將是兩個(gè)電阻之和。從數學(xué)的角度，zui難的部分是得到一個(gè)實(shí)際的LSHUNT值。
【圖6. 頻率響應圖顯示500 μ?并聯(lián)電阻有3 nH電感，頻率響應不斷上升，用綠色表示，以及輸入濾波器與一對10?電阻和0.3μF電容的互補響應。請注意，這個(gè)分流顯示拐角頻率約為30千赫?！?/span>