電流檢測放大器輸入和輸出濾波

2020-12-06 EDN電子設計技術

由於多種不同的原因，可能需要在電流檢測放大器(CSA)的輸入或輸出端進行濾波。今天，我們將重點談談在使用真正小的分流電阻（在1 mΩ以下）時，用NCS21xR和NCS199AxR電流檢測放大器實現濾波電路。低於1 mΩ的分流電阻具有並聯電感，在電流檢測線上會引起尖峰瞬態事件，從而使CSA前端過載。我們來談談濾除這些特定的尖峰瞬態事件的主要考慮因素。JQ6ednc

在某些應用中，被測量的電流可能具有固有噪聲。在有噪聲信號的情況下，電流檢測放大器輸出後的濾波通常更簡單，特別是當放大器輸出連接到高阻抗電路時。放大器輸出節點在為濾波器選擇組件時提供了最大的自由度，並且實現起來非常簡單，儘管它可能需要後續的緩衝。JQ6ednc

當分流電阻值減小時，並聯電感對頻率響應有顯著影響。在小於1 mΩ的情況下，並聯電感產生傳遞函數中的零點，通常導致在100 kHz的低頻率下產生拐角頻率。這種電感增加了電流檢測線路上高頻尖峰瞬態事件的幅值，從而使任何並聯電流檢測集成電路（IC）的前端過載。這個問題必須通過在放大器輸入端進行濾波來解決。請注意，無論製造商如何聲稱，所有電流檢測IC都容易受到此問題的影響。即使尖峰頻率高於器件的額定帶寬，也需要在器件的輸入端進行濾波以解決此問題。JQ6ednc

其他應用，如DC-DC轉換器和電源應用也可能需要在電流檢測放大器的輸入端進行濾波。圖1所示為建議的輸入濾波原理圖。JQ6ednc


圖1：輸入濾波補償小於1 mΩ的分流電阻的並聯電感，以及任何應用中的高頻噪聲。JQ6ednc

由於濾波電阻的增加電阻和它們之間的相關電阻失配會對增益、共模抑制比（CMRR）和VOS產生不利影響，所以輸入濾波是複雜的。對VOS的影響部分還歸咎於輸入偏置電流。因此，輸入電阻值應限制在10 Ω以下。至少，選擇電容器以精確地匹配分流電阻器及其電感的時間常數；或者，選擇電容器以提供低於該點的極點。JQ6ednc

使輸入濾波器時間常數等於或大於並聯電阻及其電感時間常數：JQ6ednc

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這簡化為基於使用10 Ω電阻來確定每個RFILT的CFILT值：JQ6ednc

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如果主要目的是濾除高頻噪聲，則應將電容器增加至提供所需濾波的值。JQ6ednc

例如，100 kHz的濾波頻率需要一個80 nF電容。該電容器可以有一個低額定電壓值，但應具有良好的高頻特性。所需的電容器值可通過下面的公式計算：JQ6ednc

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瞬態抑制

在瞬態共模電壓大於30伏特（V）的應用中，需要瞬態抑制電路。有關如何設計瞬態抑制電路的詳細信息，請參閱NCS21xR數據表中的基本連接應用注釋。JQ6ednc

濾波並不總是必需的，具有最小的動態變化電流的電池供電的直流電路將是一個例子。大的、複雜的系統可能有高速變化的供電電流或電壓(例如伺服器、計算機)，往往需要濾波以提供乾淨的信號，以進行電流控制、測量和分析。JQ6ednc

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