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复杂电流传感器中系统带宽表征的一种有效方法亚博尊贵会员

韦德·巴辛，瑞恩·邓恩，凯西·汉普顿，
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以可控的方式驱动高频、高安培电流具有挑战性。即使有合适的设备，由于负载条件或开关电路定时，应用程序独特的复杂系统可能不允许容易注入外部电流。

本应用笔记描述了测量和表征系统带宽的多种方法，重点是脉冲响应法。

快板的ACS720是验证这里概述的测试方法的完美设备。ACS720是一款高度精确的集成电流传感器IC，具有非常低的温度漂移传感器，双过流故障通道，典型的带宽为120 kHz，并具有外部滤波器功能。

ACS720的功能框图如图1所示，其中突出显示了滤波电路。更多信息请参考Allegro网站上的ACS720设备数据表。

图2中的框图显示了用于测试系统带宽的标准工作台设置。

设备清单见表1。项目编号对应于图2中的编号块。有关制造商网站和产品页面的链接，请参见附录A。

表1:设备清单[a]

网络分析仪为宽带放大器提供控制信号，可以扫描交流电流从10hz到数百kHz。输入电流由高精度高带宽电流监测器观测，而ACS720模拟输出直接测量。网络分析仪将传感器输出(通道B)与参考监控探头(通道A)进行比较。

频率扫描测试方法对于包含最小开关电路的应用电路是最实用的。考虑图3中简化的逆变器原理图。列出了常用的Allegro集成电流传感器(CS)的传感位置。

带宽验证的一种解决方案可能是在观察输出时在不同频率下切换单相位fet的控制方案。然而，广泛的开关频率调整是不可行的，准确的同相测量的参考电流可能是挑战。

第二种解决方案是在单相中缩短高边和低边fet，并使用外部源扫描电流。

然而，其他组件，如大链路电容，或小负载的fet，抑制放大器扫描高频电流的能力。在这种情况下，可以使用另一种测试方法:上升时间法。上升时间定义为响应快速输入电流步长，系统从稳态值的10%移动到90%所需的时间。

图3中的逆变器系统通过简单地缩短单相高边和低边fet产生快速输入步长。这允许一个简短的穿透电流事件，然后可以测量传感器输出的上升时间。系统的带宽可以用上升时间测量和下面的方程来近似:

用一个截止频率为120 kHz的低通滤波器的SPICE模型来说明该方法，如图4所示。

低通滤波器的截止频率为≈120 kHz，公式如下:

在VIN处注入从0到5 V的电压阶跃，上升时间为100 ns。VOUT上升时间为2.92 μs。仿真结果如图5所示。

利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:

方程3:

需要注意的是，输入信号的上升时间直接影响系统的响应。建议对该测试使用快速的输入上升时间(< 1 μs)。应考虑投入上升时间对整体测量的影响。

ACS720数据表内部带宽的典型规格是120khz。图6中测量的设备显示了约128 kHz的带宽。

ACS720的上升时间是用一个上升时间< 1 μs的电流步进发生器测量的。脉冲和传感器响应如图7所示。

测量ACS720的平均上升时间为2.8 μs，可将其插入带宽近似方程中:
方程4:

图7中上升时间的结果与图6中测量的带宽密切相关。虽然使用更快的输入步长可以进一步改善相关性，但图7中的1 μs脉冲足以近似。

在ACS720 FILTER引脚上增加一个4.7 nF电容，可将传感器的截止频率降低到18.8 kHz。增加滤波器电容后，对频率响应和上升时间进行重测，如图8和图9所示。

利用测得的上升时间和近似方程，确定了新的传感器带宽:
方程5:

结论

上升时间法是一种有效的方法来描述系统带宽时，复杂性禁止使用标准的测试程序或适当的设备是不可用的。

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