如何使用應(yīng)用PCB技術(shù)設(shè)計(jì)低側(cè)電流感應(yīng)電路

在之前的博客文章中，我向大家介紹了如何借助低側(cè)電流感應(yīng)控制電機(jī)，并分享了為成本敏感型應(yīng)用設(shè)計(jì)低側(cè)電流感應(yīng)電路的三個(gè)步驟。在本篇文章中，我將介紹如何使用應(yīng)用印刷電路板（PCB）技術(shù)，采用一款微型運(yùn)算放大器 (Op amp)來(lái)設(shè)計(jì)精確的、低成本的低側(cè)電流感應(yīng)電路。

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

圖1：低側(cè)電流感應(yīng)原理圖

公式1是計(jì)算圖1所示電路的傳遞函數(shù)：

其中。

精確的低側(cè)電流感應(yīng)設(shè)計(jì)對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)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(chēng)為“開(kāi)爾文接法”（Kelvin connection）。如果不使用開(kāi)爾文接法，會(huì)產(chǎn)生與分流電阻(Rshunt)串聯(lián)的寄生電阻，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生增益誤差。圖2顯示了系統(tǒng)中寄生電阻的位置。

圖2：與分流電阻(Rshunt)串聯(lián)的寄生電阻

公式2是計(jì)算圖2中電路的傳遞函數(shù)：

第二個(gè)設(shè)計(jì)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(dāng)電流流過(guò)印刷電路板的接地層時(shí)，接地層上會(huì)產(chǎn)生壓降，致使印刷電路板上不同位置的接地層電壓出現(xiàn)差異。這會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)偏移電壓。在圖3中，連接到RG的地面電壓源符號(hào)代表了地電位的不同。

圖3：接地層電壓差異

公式3是計(jì)算圖3所示電路的傳遞函數(shù)：

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(cè)電流感應(yīng)設(shè)計(jì)的印刷電路板布局。頂層是紅色，底層是藍(lán)色的。印刷電路板布局中的R5和C1指示負(fù)載電阻和去耦電容應(yīng)該放置的的位置。

圖 5：正確的低側(cè)電流感應(yīng)印刷電路板布局

需要注意的是從分流電阻(Rshunt)發(fā)出的軌跡線(xiàn)使用開(kāi)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(yùn)算放大器將所有無(wú)源器件放置在頂層分流電阻的兩個(gè)焊盤(pán)之間。您可以從這里方便地將底層的分流電阻(Rshunt)線(xiàn)路穿過(guò)通孔與頂層的同相引腳和RG連接起來(lái)。

在您今后為低側(cè)電流感應(yīng)設(shè)計(jì)印刷電路板布局時(shí)，請(qǐng)務(wù)必遵循以下準(zhǔn)則，以減少設(shè)計(jì)中潛在的錯(cuò)誤：

在分流電阻(Rshunt)上使用開(kāi)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(gè)可靠的接地層。

了解更多有關(guān)使用X2SON封裝設(shè)計(jì)印刷電路板布局的信息，請(qǐng)參閱應(yīng)用報(bào)告“使用TI X2SON封裝進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造”。

其它資源

更多有關(guān)印刷電路板布局的信息，請(qǐng)閱讀下述博客文章：

“基礎(chǔ)知識(shí)：如何為運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)印刷電路板?！?/p>

“如何布局儀表放大器的印刷電路板”

模擬設(shè)計(jì)常用公式請(qǐng)見(jiàn)“模擬工程師口袋參考書(shū)?！?/p>

閱讀放大器專(zhuān)家Art Kay發(fā)表的關(guān)于去耦電容器的博客文章“去耦電容器......是否真的有必要？”

審核編輯：何安淇