ji低值电阻器(即,毫欧(mΩ)及以下)的zui常见应用可能是电流控制电路,它们的低值可降低功率损耗。对于这些应用,大约10%-20%的容差就足够了。但即使在这些容差下,jing确测量非常低的电阻值也相当困难,尤其是在涉及大电流时。
图1中所示的电路通过向未知电阻器和已知值的参考电阻器施加低占空比脉冲,为该问题提供了解决方案。比率技术用于比较两个组件的响应并确定被测电阻的值。
图1所示电路通过向未知电阻器和已知值的参考电阻器施加低占空比脉冲,可以jing确测量ji低的电阻值。
计算jing确电阻值所需的测量值可以使用普通示波器或脉冲峰值电压表从输出V1和v2获得,它可以提供更高的精度。
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该电路使用古老的555定时器,在非稳态模式下运行以产生用于对低电感电容器C2充电和放电的脉冲。在放电周期中,电流通过精密标准电阻(R6)和被测电阻(Rx)。
电阻值可由相应电压的比值计算得出:
V1/V2=(Rx+R6)/R6=Rx/R6+1,
其中V1和V2是峰值。
因此,未知值:
Rx=(V1/V2–1)*R6
示波器/电压表的带宽应该足够大,以捕捉电路产生的短脉冲。由于555振荡器的半周期与脉冲持续时间的比率非常大,一些示波器无法确保足够的亮度。
该电路还可用于驱动其他需要大振幅、低持续时间电流脉冲的低电阻负载,例如半导体激光器。
测试电路细节
脉冲同步(U1,引脚3)有利于示波器的早期同步;同步和输出脉冲之间的延迟可能会使示波器捕捉到脉冲的前沿,因为某些示波器的Y通道中可能没有延迟线,从而无法显示非常陡峭的前沿。该延迟由时间常数R3*C3决定。C3的值可能在20–500pF(甚至更多)的范围内,具体取决于所使用的时基和示波器本身。
MOSFET驱动器U2(TC4422A)用于确保Q1的高栅ji充电电流和快速导通时间,这对于jing确测量至关重要。
MOSFET(Q1)具有非常低的RDSOn(低于3Ω),以确保干净的高振幅脉冲。快速二ji管D2限制Q1的过压。注意:这部分电路中出现的高电流需要特别注意元件选择和PCB布局。有关详细信息,请参阅下面的组件选择说明和设计说明部分。
该电路的短而强大的电流脉冲还在频域中产生了广谱响应。因此,必须特别注意尽量减少寄生电感和电容负载,否则电路将显示高水平的电抗,并在布局的各个部分产生振荡。您需要了解的有关如何将这些不需要的寄生效应降至zui低的实用细节记录在本文的设计说明部分。
元器件选择注意事项
强烈推荐用于电路的SMD元件。一些电容器,即使是基于薄膜的结构,当受到尖锐的高电流脉冲时,它们的介电层也会经历压电运动,类似于暴露于C2的那些。有时您甚至可以从此类电容器中听到相当可听的“滴答声”,这意味着由于压电效应而造成的高水平损耗。在这种情况下,“滴答”级别较低的组件可以被视为更好的组件。
来自TTElectronics的0.005Ω(5mΩ)、1%容差LOB-3精密电阻用作标准电阻(R6)。
由于电路采用比例测量技术,大多数元件的容差不是很关键,但应特别注意它们的稳定性和结构风格。例如,电容器C2的值并不重要,但它应该足够大以提供足够长的电流脉冲,您的示波器或电压表很容易注意到。
该电容器应使用具有低内阻/电感的构造技术,例如叠层箔膜或陶瓷。您应该避免使用多种类型的电容器,尤其是陶瓷电容器,如果它们的电容取决于施加的电压。如有必要,可以并联多个电容器以产生所需的值。
对于MOSFET,具有ji低RDSon的良好示例是来自ti的CSD16321Q5或来自IR的IRLx8743。但是,此类器件通常具有相对较低的漏源和栅源击穿电压(CSD16321Q5仅为8V)——这是您进行任何修改时都应考虑的潜在弱点。
另一个潜在限制是MOSFET的zui大漏ji电流。这两个参数都会影响测试电路的测量下限。
为了降低寄生振荡的水平,电阻器R6和电容器C4应该具有非常低的电感——组件本身以及它们所连接的PCB走线。
设计笔记
R6和C4周围的PCB走线必须保持较短和布局,以zui大限度地减少寄生电抗,寄生电抗会导致电流脉冲激发的局部谐振。如果电路布局不符合此要求,则很容易超过MOSFETQ1的jue对zui大额定电压。例如,对于6nF(栅ji电容)的容性负载,驱动器TC4422A的输出上升/下降时间可以小于25ns;这一事实加上通过电感的大电流(~100A)会产生几乎会损坏任何MOSFET的电压。
请参阅原理图以查看以粗体突出显示的走线——这些走线必须足够宽以承载高电流并尽可能短以zui小化寄生电感。这对于将栅ji连接到驱动器(U2,引脚6到Q1的基ji)的走线尤其重要,该走线应保持在小于1英寸。此迹线(B)上的铁氧体磁珠有助于抑制不需要的振荡。
出于同样的原因,电阻Rx和R6的连接应尽可能接近相同的长度。它们还应尽可能短,以zui大限度地减少电感和电压降。
电路的所有外部连接都应使用基本的高频实践进行设计。例如,必须使用两端具有良好阻抗匹配的50Ω同轴电缆。