采用一款微型運算放大器 (Op amp)來設計精確的、低成本的低側電流感應電路

我向大家介紹了如何借助低側電流感應控制電機，并分享了為成本敏感型應用設計低側電流感應電路的三個步驟。在本篇文章中，我將介紹如何使用應用印刷電路板（PCB）技術，采用一款微型運算放大器 (Op amp)來設計精確的、低成本的低側電流感應電路。

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

圖1：低側電流感應原理圖

公式1是計算圖1所示電路的傳遞函數(shù)：

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其中
精確的低側電流感應設計對印刷電路板的設計有兩大要求。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，這通常被稱為“開爾文接法”（Kelvin connection）。如果不使用開爾文接法，會產生與分流電阻(Rshunt)串聯(lián)的寄生電阻，導致系統(tǒng)產生增益誤差。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是計算圖2中電路的傳遞函數(shù)：


第二個設計要求是要將電阻RG的接地端盡可能地靠近分流電阻(Rshunt)的接地端。當電流流過印刷電路板的接地層時，接地層上會產生壓降，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的地面電壓源符號代表了地電位的不同。

圖3：接地層電壓差異

公式3是計算圖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電流感應設計的印刷電路板布局。頂層是紅色，底層是藍色的。印刷電路板布局中的R5和C1指示負載電阻和去耦電容應該放置的的位置。


圖 5：正確的低側電流感應印刷電路板布局

需要注意的是從分流電阻(Rshunt)發(fā)出的軌跡線使用開爾文接法且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運算放大器將所有無源器件放置在頂層分流電阻的兩個焊盤之間。您可以從這里方便地將底層的分流電阻(Rshunt)線路穿過通孔與頂層的同相引腳和RG連接起來。

在您今后為低側電流感應設計印刷電路板布局時，請務必遵循以下準則，以減少設計中潛在的錯誤：

? 在分流電阻(Rshunt)上使用開爾文接法。
? 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。
? 至少要有一個可靠的接地層。