一种有效的方法,用于在复杂电流传感器应用中的系统带宽进行特性雷竞技最新网址

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作者:韦德·布辛、瑞安·邓恩和凯西·汉普顿,
雷竞技竞猜下载Allegro Microsystems,LLC

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介绍

以一种可控的方式驱动高频、高安培数的电流是很有挑战性的。即使有合适的设备可用,由于负载条件或开关电路定时,应用程序独特的复杂系统也可能不允许轻易注入外部电流。

本应用笔记介绍了用于测量和表征系统带宽的多种方法,重点是脉冲响应方法。

快板ACS720是验证本文所述测试方法的完美设备。ACS720是一款高精度集成电流传感器IC,具有极低的传感器温度漂移、双过电流故障通道、120 kHz的典型带宽和外部滤波器功能。

ACS720的功能框图如图1所示,突出显示滤波器电路。有关更多信息,请参阅Allegro网站上的ACS720设备数据表。


图1:ACS720方框图,重点是外部滤波电路
图1:ACS720方框图,重点是外部滤波电路

带宽测量

图2中的框图显示了测试系统带宽的标准工作台设置。

图2:用于产生电流传感器BODE图的台式设置
图2:用于产生电流传感器BODE图的台式设置

设备列表如表1所示。项目编号对应于图2中的编号块。请参阅附录A,用于制造商网站和产品页面的链接。

表1:设备清单[a]

项目 制造商
1 AP300网络分析仪 AP仪器
2 宽带放大器 AMP线路公司
3. 4997当前监视器探查 皮尔逊
4. ACS720电流传感器IC 雷竞技竞猜下载

网络分析仪向宽带放大器提供一个控制信号,宽带放大器可以将交流电流从10赫兹扫至数百千赫。使用高带宽精密电流监视器观察输入电流,而直接测量ACS720模拟输出。网络分析仪将传感器输出(通道B)与参考监视器探头(通道A)进行比较。

用上升时间近似系统带宽

频率扫描测试方法对于包含最小开关电路的应用电路最实用。考虑简化的逆变器原理图3.表示Allegro集成电流传感器(CS)的流行传感位置。

图3:简化三相逆变器示意图
图3:简化三相逆变器示意图

带宽验证的一个解决方案可以是用于在观察输出的同时以各种频率切换FET的控制方案。然而,广泛调整开关频率是不可行的,并且准确的参考电流的相位的相位测量可能是具有挑战性的。

第二种解决方案是短接单相中的高侧和低侧FET,并使用外部电源扫描电流。

然而,其他元件,如大的连接电容,或小负载的场效应管,抑制放大器的能力,扫描高频电流。在这种情况下,可使用另一种试验方法:上升时间法。上升时间定义为系统响应快速输入电流阶跃从稳态值的10%到90%所需的时间。

通过简要地短路单相的高侧和低侧FET,在图3中使用逆变器系统产生快速输入步骤。这允许简要射击电流事件,然后可以测量传感器输出的上升时间。可以使用上升时间测量和以下等式近似系统的带宽:

使用截止频率为120kHz的低通滤波器的香料模型来说明图4所示的方法。

图4:低通滤波器的Spice模型,截止频率为120 kHz
图4:低通滤波器的Spice模型,截止频率为120 kHz

使用以下公式计算出低通滤波器的截止频率≈120 kHz:

在VIN下注入0至5V的电压步,上升时间为100ns。测量VOUT的上升时间为2.92μs。模拟结果绘制在图5中。

图5:120 kHz低通滤波器的脉冲响应
图5:120 kHz低通滤波器的脉冲响应

使用测量的上升时间和带宽近似方程确定低通滤波器的带宽:

公式3:

应当注意,输入信号的上升时间直接影响系统的响应。此测试(<1μs)建议使用快速输入上升时间。应考虑对输入上升时间对整体测量的影响。

应用上升时间近似

ACS720内部带宽的典型规范为120 kHz。在图6中测量的装置显示了大约128kHz的带宽。

图6:用于ACS720的BODE图,显示相对于正弦输入电流的幅度和相位
图6:ACS720的BODE图显示幅度
以及相对于正弦输入电流的相位
使用上升时间<1μs的电流步进发生器测量ACS720的上升时间。脉冲和传感器响应如图7所示。

图7:0 nF滤波电容的ACS720脉冲响应
图7:0 nF滤波电容的ACS720脉冲响应

测量ACS720的平均上升时间为2.8μs,可插入带宽近似方程:
等式4:

图7中的上升时间结果与图6中测量的带宽具有紧密相关性。尽管通过使用更快的输入步骤可以进一步提高相关性,图7中的1μs脉冲足以近似。

将4.7nF电容器添加到ACS720滤波器引脚可将传感器的截止频率降低到18.8kHz。用添加的滤波电容重新测试频率响应和上升时间,如图8和图9所示。

图8:ACS720和4.7 NF滤波器电容的BODE图
图8:ACS720和4.7 NF滤波器电容的BODE图
图9:4.7nF滤波电容的ACS720脉冲响应
图9:4.7nF滤波电容的ACS720脉冲响应

使用测量的上升时间和近似方程,确认了新的传感器带宽:
等式5:

结论

当复杂性禁止使用标准测试程序或不可用时,上升时间方法是表征系统带宽的有效方法。

AppPendix A:设备制造商名单

AP300网络分析仪

制造商:AP仪器
产品链接:http://www.apinstruments.com/products.html

AP300网络分析仪

皮尔逊4997电流监测器探头

制造商:皮尔逊
产品选择页面:http://www.pearsonelectronics.com/products/wideband-current-monitors
4997型数据表链接:https://www.pearsonelectronics.com/pdf/4997.pdf.

皮尔逊4997电流监测器探头

AMP-LINE公司宽带放大器

制造商:AMP-Line Corporation
产品选择页面:http://www.amp-line.com/products/wideband-power-amplifiers-lf-to-hf.

AMP-LINE公司宽带放大器

快板ACS720

制造商:Allegro.
产品页面:/ ZH / PRODUCTION / SENSE / CURRENT-SENSOR-ICS /零至五十amp-集成导体 - 传感器-IC / ACS720

快板ACS720


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