如何为高性能、低侧电流传感设计电路板?

在我以前的博客帖子我讨论了低侧电流传感如何帮助控制电机,然后给出了设计低侧电流传感电路的三个步骤,以适用于成本敏感的应用。在这篇文章中,我将讨论如何使用正确的印刷电路板(Pcb)版图技术,设计一个精确、低成本、低侧电流感测电路。运算放大器(运算放大器)。
图1在我以前的博客中显示了低端电流感测电路的原理图,在这里使用TLV 9061小型运算放大器。

图1:低端电流传感原理图
方程式1计算图1所示电路的传递函数:

哪里 .
有两个主要的PCB设计要求,准确的低侧电流传感设计.第一是确保来自并联电阻的连接直接连接到放大器的非逆变输入和R的接地连接。G。这通常被称为“开尔文连接”。不使用Kelvin连接会产生与并联电阻串联的杂散电阻,这将导致系统中的增益误差。图2显示了系统中杂散电阻的位置。

图2:与R串联的杂散电阻分流
方程式2计算了图2中电路的传递函数:

第二个设计要求是将电阻R接地。G尽可能靠近并联电阻器的接地连接。当电流流过PCB的地面时,压降在地面上产生,从而导致PCB上不同位置的地面电压差异。这些电压差异导致系统中的偏置电压误差。在图3中,取代连接到R的接地符号的电压源G表示地面电势的差异。

图3:地面上的电压差
等式3计算了图3所示电路的传递函数:

图4显示了正确PCB布局的示意图表示。

图4:正确布局的示意图表示
图5说明了按照我先前提供的建议进行低侧电流传感设计的适当PCB布局。顶层是红色的,底层是蓝色的。R5和C1包括在PCB布局中,以显示您应该在哪里放置负载电阻和去耦电容器。

图形5.低侧电流感测的合理PCB布局
请注意,来自Rshunt的跟踪使用Kelvin连接,并且RG被放置在尽可能接近Rshunt的位置。这,这个,那,那个TLV 9061运算放大器的五针额外的小轮廓,无引线(X2SON)封装(0.8mm乘0.8mm),使您可以把所有的无源组件之间的两个垫片的分流电阻在顶层。从那里,你可以很容易地使用VIA将连接从底层的并联电阻路由到顶层的非逆变引脚和RG。
下一次,当您为低侧电流传感设计设置PCB时,请务必遵循以下指导原则,以减少设计中的任何潜在错误:
  • 在分流电阻器上使用开尔文连接。
  • 将RG尽可能靠近并联电阻接地。
  • 将去耦电容器尽可能靠近电源引脚.
  • 倒入至少一个坚实的地面平面。

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