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如何使用应用PCB技术设计低侧电流感应电路

来源: 中电网
2021-12-21
类别:技术信息
eye 21
文章创建人 拍明

原标题:如何使用应用PCB技术设计低侧电流感应电路

使用应用PCB(印刷电路板)技术设计低侧电流感应电路是一个涉及多个步骤和关键考虑因素的过程。以下是一个详细的步骤指南,包括关键组件的选择、布局设计以及潜在的误差源管理:

一、设计准备

  1. 明确设计需求

    • 确定所需的电流检测范围、精度、以及输出信号的要求。

    • 考虑供电电压和功耗限制。

  2. 选择运算放大器

    • 选择适合的低噪声、高精度运算放大器,如TLV9061等。这些放大器应具备轨到轨输入输出能力,以支持宽范围的电压检测。

    • 确保所选放大器满足设计的增益、带宽和共模抑制比等要求。

  3. 选择分流电阻(Rshunt)

    • 根据检测电流的范围和所需的精度,选择合适的分流电阻值。

    • 注意分流电阻的温漂和精度,以减少误差。

二、PCB布局设计

  1. 采用开尔文接法

    • 分流电阻应直接连接到运算放大器的同相输入端和RG的接地端,这种连接方式称为“开尔文接法”。

    • 开尔文接法可以消除PCB轨迹上的寄生电阻对测量的影响,提高测量精度。

  2. 优化接地布局

    • 将电阻RG的接地端尽可能地靠近分流电阻的接地端,以减少接地层上的压降差异。

    • 使用多层PCB时,确保接地层连续且低阻抗。

  3. 去耦电容的放置

    • 去耦电容应尽可能靠近运算放大器的电源引脚,以减少电源噪声对测量的影响。

  4. 宽而短的轨迹线

    • 分流电压的轨迹线应平衡且短,以减少阻抗和噪声。

    • 负载电流路径也应使用宽而短的轨迹线,以最大程度地减少阻抗。

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三、误差源管理

  1. 寄生电阻

    • 注意PCB布局中可能引入的寄生电阻,如PCB轨迹线、焊盘和通孔等。

    • 通过优化布局和选择合适的材料来减少寄生电阻的影响。

  2. 焊接电阻

    • 焊接电阻也是误差的一个重要来源。在布局时,应尽量减少焊接电阻对测量的影响。

  3. 温度效应

    • 注意分流电阻和运算放大器的温度系数,以及它们对测量结果的影响。

    • 在设计中考虑温度补偿措施,以提高测量的稳定性和精度。

四、仿真与验证

  1. 电路仿真

    • 使用电路仿真软件(如TINA-TI™)对设计的电路进行仿真分析。

    • 验证电路的传递函数、增益和偏移等关键参数是否符合设计要求。

  2. 实际测试

    • 在PCB制作完成后,进行实际测试以验证电路的性能。

    • 使用标准电流源和电压表等设备对电路进行校准和验证。

五、总结

使用PCB技术设计低侧电流感应电路需要综合考虑多个因素,包括运算放大器的选择、PCB布局设计、误差源管理以及仿真与验证等。通过遵循上述步骤和准则,可以设计出精确、可靠且成本效益高的低侧电流感应电路。在实际应用中,还需要根据具体需求进行调整和优化。


责任编辑:David

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