工程師設計分析：影響電流檢測精確度的幾種規

在電流檢測領域，牢固掌握電流檢測的基礎知識，了解電流檢測所使用的一些器件，知道如何計算某種解決方案的精確度以及印制電路板(PCB)布局和問題檢修的一些指導原則都非常有用。本文將為您詳細介紹影響某種解決方案精確度的一些規范，這些規范包括輸入補償電壓(Vos)、共模抑制比(CMRR)和電源抑制比(PSRR)。

精確度

分流器測量的系統精確度會受到許多誤差源的影響，其中一些如表1所示。方程式1表明了極端系統精確度情況。

eq1

其中，Sworst-case(%)為每個誤差源的誤差貢獻度。但是，一種更為實際的系統精確度計算方法是，將無關聯誤差寫成一個和的平方根(RSS)，如方程式2所示。

eq2

表一：系統級誤差源。

由于表1所列大部分誤差均為輸入參考(RTI)，因此我們最好是就輸入方面來對精確度進行討論。參考器件輸入的誤差乘以器件增益，得到其對輸出的影響程度。

輸入補償電壓

輸入補償電壓一般為影響某種解決方案精確度的最大因素。它的定義是“一個必須施加于輸入端之間以強制靜態DC輸出電壓為零或者其他規定電平的DC電壓”。放大器的理想Vos為0V。但是，工藝差異和器件設計限制等原因，會導致Vos不為零。

所有輸入參考誤差均根據理想分流器電壓計算得到。理想分流器電壓應為負載電流和理想電阻器值的乘積。系統中，標稱負載電流為5A，理想關聯電阻器值為1mΩ，則器件Vos規范的誤差貢獻程度計算方法如方程式3所示。假設我們決定使用INA170，其最大Vos規范為1mV。

eq3

要想減小這種誤差，我們有兩種方法：增加Rshunt電阻，或者降低Vos (max)。增加Rshunt 電阻方法是否可行，取決于成本、電路板空間或者功耗情況。另外，我們也可以嘗試找到一種具有更低Vos的替代器件。

最后，需要注意的是，負載電流與誤差成反比關系。在我們的例子中，標稱負載電流為5A時，計算得20%。如果系統負載電流減少，則Vos規范產生的有效誤差增加。因此，設計人員應在最小負載電流下計算極端誤差。

共模抑制比

在介紹CMRR以前，我們需要重新復習一下輸入共模電壓知識。放大器的輸入共模電壓為兩個輸入端的共用平均電壓。盡管這樣說確實沒有錯，但最好還是將分流器電壓同共模電壓區分開來。通過定義Vid（差動輸入電壓），可以達到這個目標。在電流檢測應用中，它還可以被看作是分流器電壓。圖1顯示了輸入共模電壓的另一種定義，其使用了差動輸入電壓。圖1還再次提出了差模增益(Adm)的概念。差動放大器的理想輸出為差動輸入電壓和差模增益的乘積。

圖1：共模電壓另一種定義。(差模增益, 差動放大器,)