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發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:83
常見(jiàn)的控制方案,像電流模式控制和峰值電流限制,在沒(méi)有傳統(tǒng)交流電流傳感器提供實(shí)時(shí)信息的條件下是不可能實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)師通常使用變壓器、運(yùn)算放大器和無(wú)源分立元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些傳感器,盡管市場(chǎng)上有許多單芯片解決方案。他們堅(jiān)持使用分立電路設(shè)計(jì)方案有許多原因,包括成本和/或性能,同時(shí)也在期待有更好的單芯片交流電流傳感器方案出現(xiàn)。不過(guò)迄今為止,他們看到的還只是在已有老技術(shù)上的少量改進(jìn)。 對(duì)于一個(gè)成本壓力很大的電源系統(tǒng)來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)師的需求一覽表中首先是成本,所以交流電流傳感器的安裝成本必須具有吸引力(安裝成本指的是傳感器自身成本再加上外圍元器件成本,以及額外的制造成本,比如校準(zhǔn)等)。第二項(xiàng)是通過(guò)將電流檢測(cè)通道上的功率損耗降到最小來(lái)提高效率的低阻值有效串行電阻(ESR),這在負(fù)載點(diǎn)(POL)調(diào)節(jié)器這類大電流設(shè)備中尤其重要,因?yàn)槊吭黾右粋€(gè)毫歐的ESR都會(huì)引起高達(dá)1%的效率下降。在成本和效率之外,還要求體積小,這對(duì)于安裝到電路板上的電源模塊來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵要求。其他方面的考慮還包括高精度(可以簡(jiǎn)化或省去系統(tǒng)內(nèi)部校準(zhǔn))、足夠高的隔離電壓(在AC/DC轉(zhuǎn)換器中這是一個(gè)重要考慮因素),還有就是用于高頻系統(tǒng)應(yīng)用的寬工作帶寬。 傳感器種類 可用的電流檢測(cè)解決方案可以被分為兩大類:即單芯片方案和分立電路方案,如表1所示。 電流傳感放大器通過(guò)測(cè)量一個(gè)小值串聯(lián)電阻上的電壓產(chǎn)生一個(gè)代表電流的電壓信號(hào)。很顯然,該電阻將產(chǎn)生功耗,并且該功耗隨著電流的增加而增加,而為了限制噪聲,放大器帶寬通常較窄。這些特性使得該技術(shù)最適于小電流直流系統(tǒng)和低頻交流系統(tǒng),而不適合那些高頻和大電流開(kāi)關(guān)模式設(shè)備。 霍爾效應(yīng)和磁阻(MR)器件是通過(guò)檢測(cè)有電流流過(guò)的電感器產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)工作的,因此產(chǎn)生的功耗要低得多。但這些器件的工作帶寬較窄,體積大,成本高,而且輸出信號(hào)小,噪聲大,還有偏移和溫度誤差,這些都降低了測(cè)量的精度。 顧名思義,電流變壓器(CT)的工作原理是將流經(jīng)初級(jí)線圈的電流反映到次級(jí),再在次級(jí)通過(guò)一個(gè)外部負(fù)載電阻轉(zhuǎn)換成電壓。CT已被廣泛接受,因?yàn)樗鼈冃枰耐鈬钌?,工作穩(wěn)定,提供固有的高隔離度,而且便宜。不過(guò)體積較大,功率損耗相對(duì)較高,有時(shí)還需要額外的電路進(jìn)行磁芯復(fù)位。許多小型CT還是手工繞制的,因而存在機(jī)械完整性問(wèn)題,例如抽頭間隔一致性差。 低端FET和DCR檢測(cè)電路都是檢測(cè)電路中已經(jīng)存在的電阻上的電壓,因此實(shí)際上它們自身并不會(huì)帶來(lái)什么損耗。在DCR檢測(cè)方案中,輸出濾波器上的RC電路使得這種組合電路看上去像是電阻。連接到這個(gè)“虛擬電阻”上的放大器測(cè)量電流的方式與前面所述的串聯(lián)電阻/檢測(cè)放大器方案是一樣的。與DCR類似,低端FET檢測(cè)方案也是檢測(cè)電阻上的電壓,不過(guò)是采用低端電阻RDS(ON)作為檢測(cè)電阻。雖然這兩種方法都需要較多的通用運(yùn)算放大器和無(wú)源器件,但在目前最低成本和最低損耗的系統(tǒng)中仍有使用。這些方案不利的一面是,安裝體積大,有時(shí)還需要額外的系統(tǒng)校準(zhǔn)成本來(lái)解決高測(cè)量誤差-有時(shí)誤差高達(dá)±40%。 面對(duì)這些含糊不清的技術(shù)分類,設(shè)計(jì)師必須嚴(yán)格地區(qū)分電流傳感器的好壞,然后選擇能夠達(dá)到目標(biāo)的最佳方案。盡管有足夠多的交流電流檢測(cè)解決方案涌現(xiàn),但許多設(shè)計(jì)還不是最佳方案,需要進(jìn)一步優(yōu)化,至少目前為止是這樣。 絕佳的新方案 圖1所示的單向電流傳感器是一個(gè)最佳的、低成本、高效率、體積小的交流電流傳感器,并且還具有許多其他優(yōu)點(diǎn)。 圖1中,傳感器由一個(gè)金屬嵌片和封裝在一個(gè)小型(4x4x1mm)QFN封裝中的硅裸片組成。嵌片和片上精選線圈一起構(gòu)成一個(gè)耦合電感器,因此流經(jīng)嵌片的交流電流感應(yīng)出的電壓等于電流的一階導(dǎo)數(shù)(即v=Lm di/dt)。然后片上的信號(hào)處理電路執(zhí)行一個(gè)有限積分運(yùn)算,產(chǎn)生一個(gè)與流經(jīng)嵌片的電流成正比的實(shí)時(shí)信號(hào)。該信號(hào)再經(jīng)過(guò)片上的溫度補(bǔ)償器和增益級(jí)電路進(jìn)一步調(diào)整。最后的結(jié)果是一個(gè)滿刻度為2V、噪聲非常低的溫補(bǔ)電流信號(hào)。
什么因素最重要?
表1:相關(guān)交流電流傳感器比較一覽表。
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型號(hào):CSNG251
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型號(hào):CSNG251-001
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型號(hào):ACS723LLCTR-40AB-T
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型號(hào):IR2175SPBF
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型號(hào):Si8503-C-IM
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