原创 馬達控制電流感測之應用比較 之三

分流電阻選擇注意事項
分流電阻的選擇條件必須評估幾個可能的取捨，包括：
? 增加感應電阻值(RSENSE)會提高感應電壓(VSENSE)，使得偏壓(VOS)以及輸入偏差電流抵銷(IOS)放大器誤差較不明顯。
? 大的感應電阻值會造成電壓耗損以及電阻器的I2R功率消耗而降低電源效率。
? 在低側量測時，大的感測電阻值會造成負載電壓偏移，可能影響系統的EMI特性與雜訊敏感度。
? 如果電流含有高頻率，就必須選用特殊低電感抗電阻。
? 感應電阻的功率規格必須事先考慮，因為I2R的功率消耗會造成本身發熱以及分流電阻標稱電阻值的變化。

為了能將使用隔離放大器的電流測量精確度最佳化，必須要選用具有良好公差、低電感腳位以及低溫度係數的分流電阻，許多電阻製造商都提供有這類產品。

決定電流感應電阻的大小通常是在功率消耗最低與效率最佳化間做最佳權衡選擇，較小的電流感應電阻可節省功率消耗，但較大的電流電阻值則因使用了隔離放大器的實際輸入範圍而能改善效率。

兩端子的電流感應電阻對較低成本的應用來說已經足夠，但對於較精確的應用則可能需要使用四端子的電阻，四端子的電流感應電阻提供有兩個電流接觸點以及透過感應端子與隔離放大器輸入端間的Kelvin連接，用來測量電壓的兩個感應點。藉由採用四端子的電流感應電阻，所測得的電壓為電阻本體兩端的電壓值，而不是經過較高電感腳位的電壓。同時四端子電流感應電阻也擁有相當低的溫度係數與熱阻。 <?XML:NAMESPACE PREFIX = O />

<?XML:NAMESPACE PREFIX = V />霍爾效應電流感應器
霍爾效應電流應器藉由霍爾效應IC偵測流經線路的電流所產生的磁場來進行電壓輸出，稱為霍爾電壓。霍爾效應電流感應器由於提供了非侵入式的測量方式，因此在使用上相當普遍。部份製造商更提供將磁性感應器與條件電路整合在單一封裝內的產品，這些IC感應器提供類比輸出電壓，可直接連接微控制器ADC輸入。

基本上，霍爾效應電流感應器可分為開放型迴路或封閉迴路，開放型迴路霍爾效應電流感應器包含一個核心(將感應到的電流所造成磁場放大)，和一個霍爾效應 IC(偵測磁場並產生一個與感應到的電流成線性比例的電壓)。和其他磁性材料一樣，開放型霍爾效應電流感應器會有滯後誤差，大幅影響偏移誤差。

封閉型霍爾效應電流感應器則整合了其他的電路，並有次要繞線以去除磁通量來大幅改善精確度，但在成本上要比開放型高，它們同時也會由次要端電源消耗不少的電流，這個電源的主要目的是提供補償與偏壓電流。

基本上，要將相對較大外型和尺寸的霍爾效應電流感應器整合到高密度電路板上是一項挑戰，而較高的厚度同時也代表了不易使用自動插件或無法使用標準的抓取置放式機器設備進行組裝，霍爾效應感測器的第二個缺點是精確度會隨著溫度而起伏。

霍爾效應電流感應器的精確度
典型霍爾效應電流感應器的整體精確度在幾個%，基本上是由數個分別在常溫(+<?XML:NAMESPACE PREFIX = ST1 />25 °C)以及整個操作溫度範圍的不同誤差值所組成。

精確度受到以下條件總合的限制：
? 電流為零時的DC偏壓
? 量測電阻、RIM(封閉型霍爾效應電流感應器)的公差
? 增益誤差
? 線性度
? 頻寬限制

溫度變化同時也會造成以下數值的漂移：
? DC偏移
? 增益
? 測量電阻、RIM(封閉型霍爾效應電流感應器)的漂移
? 線性度

對高達+85°C的操作環境溫度：

*經調校誤差表示增益公差或參考電壓(Δ_Gain或V_ref)以及/或元件的偏壓(V_OS)已經過調校而去除後的誤差。

表四：開放型迴路霍爾效應電流感應器的典型性能表現。

對高達+85°C的操作環境溫度：

*經調校誤差表示增益公差或參考電壓(Δ_Gain或V_ref)以及/或元件的偏壓(V_OS)已經過調校而去除後的誤差。

表五：封閉型迴路霍爾效應電流感應器的典型性能表現。

大體上來說，Σ-Δ隔離放大器與開放型迴路霍爾效應電流感應器在成本上較為接近，封閉型迴路霍爾效應電流感應器的成本則較高，主要的原因在於加入了額外的核心繞線以及去除磁通量的伺服放大器。

在室溫下，不管是封閉型迴路或開放型迴路霍爾效應電流感應器都具備比隔離放大器更佳的精確度，但在整體操作溫度範圍下，霍爾效應電流感應器與隔離放大器則展現出相當明顯的精確度效能表現差異，這是因為隔離放大器不會像霍爾效應電流感應器一樣容易受到溫度的影響。
透過調校，隔離放大器在精確度上具有明顯的優勢,霍爾效應電流感應器的滯後誤差則無法經過調整來加以移除。

本文作者為Avago Technologies光通訊解決方案事業部應用工程師