航空電子、汽車電子和其他電力電子電路需要對(duì)傳感電路進(jìn)行精確校準(zhǔn)。例如，汽車電池監(jiān)測電路的不準(zhǔn)確校準(zhǔn)可能會(huì)過早關(guān)閉或允許電池過度放電。不準(zhǔn)確的校準(zhǔn)最終可能會(huì)縮短電動(dòng)汽車的行駛距離或使電池放電到不安全的水平。
這種類型電路的正確校準(zhǔn)要求監(jiān)測電路的直流可編程電源電壓達(dá)到應(yīng)用所需的精度水平。這意味著施加到被測電路上的電壓必須是一個(gè)處在監(jiān)測中的已知量。無論直流電源的輸出有多精確，你都不能保證它的輸出電壓就是加在負(fù)載上的電壓，即被測電路。
問：這是為什么呢?
答：由于電流通過導(dǎo)線而產(chǎn)生的壓降使最終加在負(fù)載上的電壓降低了。即使導(dǎo)線具有非常低的電阻，一個(gè)合理大小的負(fù)載電流通過較長的導(dǎo)線時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生不可忽略的壓降。同時(shí)由于相同導(dǎo)線長度的供電回路，因此總壓降其實(shí)增加了一倍。
為了解決這個(gè)問題，電源被設(shè)計(jì)具有遠(yuǎn)程感測電路，可以監(jiān)測負(fù)載處的電壓并將電壓反饋給電源。然后，電源提高其輸出以補(bǔ)償導(dǎo)線上的壓降。
向負(fù)載供電的現(xiàn)狀
讓我們看一個(gè)具體的情況，當(dāng)直流可編程電源只使用兩根導(dǎo)線確定整個(gè)負(fù)載的電壓，控制電路是監(jiān)測電源輸出端的電壓，這被稱為本地感測。
圖 1 顯示了一個(gè)直流電源對(duì)一個(gè)負(fù)載施加 48 V 電壓，20 A 電流。負(fù)載的接線是 12 AWG 銅導(dǎo)線，帶有THWN 絕緣，其最大載流能力為 25 A。導(dǎo)線在室溫下的電阻為 0.00162 Ω/ft。在測試架和負(fù)載之間有 10 英尺的導(dǎo)線，每根導(dǎo)線上的電壓降為 0.324 V，兩根導(dǎo)線的總壓降為 0.648 V。因此，負(fù)載兩端的電壓不是電源輸出的 48 V，而是 48 V - 0.648 V 即 47.352 V。由于導(dǎo)線兩端的電壓下降，施加電壓的誤差為 1.35%。對(duì)于許多軍事/航空航天和汽車應(yīng)用來說，這是一個(gè)不可接受的誤差。
圖 1 所示，由于測試導(dǎo)線上產(chǎn)生壓降，負(fù)載電壓低于程序設(shè)置電壓
遠(yuǎn)程感測解決方案
讓我們?cè)倏纯磮D 1 所示的相同負(fù)載電路，但現(xiàn)在我們將使用遠(yuǎn)程感測方案。圖 2 給出了電源電路的更多細(xì)節(jié)，并顯示了連接到負(fù)載的遠(yuǎn)程感測輸入。遠(yuǎn)程感測電路是一種高阻抗電壓測量電路，用于監(jiān)測負(fù)載處的電壓。
高阻抗測量電路從負(fù)載中吸取的電流可以忽略不計(jì)。它反饋整個(gè)負(fù)載的電壓降，并且電源控制電路使電源輸出增加，直到負(fù)載處的電壓為程序設(shè)定的電源電壓。圖 2 顯示了電源直流端的輸出電壓和負(fù)載處的電壓。遠(yuǎn)程感測消除了由測試導(dǎo)線電阻引起的加在負(fù)載上的電壓誤差。
圖 2 所示，遠(yuǎn)程感測線路確保負(fù)載處的電壓是程序設(shè)置電壓。
1、對(duì)遠(yuǎn)程感測電路合理布線，使其免受感應(yīng)和電源負(fù)載的影響
如何保護(hù)遠(yuǎn)程感測電路免受感性負(fù)載對(duì)電源施加反向電動(dòng)勢的影響? 感性負(fù)載在斷電時(shí)，將存儲(chǔ)的能量以與電源電壓相反的極性返回到電路中。同樣地，假設(shè)電源正在給電池充電，在這種情況下，如果直流電源的電壓降到低于電池的電壓，電池就會(huì)向電源放電。來自電感的反向電動(dòng)勢和來自電池的放電電壓都向電源施加能量，將損壞電源。
一對(duì)二極管可以保護(hù)電源不受外加能量的影響。無論如何，如果使用遠(yuǎn)程感測的方式使負(fù)載獲得精確的電壓，則需要保護(hù)遠(yuǎn)程感測電路免于這兩種類型的負(fù)載（電感和電池）的影響。
圖 3 提供了一種推薦的遠(yuǎn)程感測布線方法，該方法可以保護(hù)所有電源線路免受施加到直流可編程電源的能量的影響。一個(gè)缺點(diǎn)是感測正極引線不再導(dǎo)向負(fù)載，不能補(bǔ)償串聯(lián)二極管的壓降。使用這種配置需要在典型的負(fù)載電流下表征串聯(lián)二極管的壓降，并將二極管壓降添加到直流電源的輸出電壓程序設(shè)置中。使用這種接線配置和串聯(lián)表征二極管既保護(hù)了電源，又確保負(fù)載處的電壓為程序設(shè)定的電壓。
圖 3 所示，感性負(fù)載或電源性負(fù)載的遠(yuǎn)程感測電路布局
2、如何避免遠(yuǎn)程感測線路產(chǎn)生電位振蕩
電壓感測電路采用高輸入阻抗電壓測量電路。感測導(dǎo)線上的噪聲可以產(chǎn)生可檢測的擾動(dòng)，這些擾動(dòng)被放大并傳輸?shù)诫娫纯刂齐娐贰？刂齐娐飞系脑肼晻?huì)在電源輸出上引起紋波。如果波動(dòng)足夠大，它們會(huì)導(dǎo)致電源產(chǎn)生振蕩，可能損壞負(fù)載和電源。
為避免這種情況，要使用恰當(dāng)?shù)牟季€技術(shù)，使盡可能多的噪聲遠(yuǎn)離感測導(dǎo)線。可通過屏蔽導(dǎo)線以防止電磁干擾。此外，使用雙絞線來防止磁場在導(dǎo)線的環(huán)路區(qū)域產(chǎn)生電壓。保持感測導(dǎo)線與電源導(dǎo)線分開。這些導(dǎo)線中的直流電流會(huì)在感測導(dǎo)線的環(huán)路區(qū)域產(chǎn)生磁場。圖 4 說明了使用感測線時(shí)最常見的解決方案。
圖 4 所示，正確的遠(yuǎn)程感測電路布線
遠(yuǎn)程感測保證了對(duì)負(fù)載施加正確的電壓
電壓感測電路采用高輸入阻抗電壓測量電路。感測導(dǎo)線上的噪聲可以產(chǎn)生可檢測的擾動(dòng)，這些擾動(dòng)被放大并傳輸?shù)诫娫纯刂齐娐贰？刂齐娐飞系脑肼晻?huì)在電源輸出上引起紋波。如果波動(dòng)足夠大，它們會(huì)導(dǎo)致電源產(chǎn)生振蕩，可能損壞負(fù)載和電源。
所有 EA Elektro-Automatik (EA)直流可編程電源都具有遠(yuǎn)程感測功能。EA 可編程電源可適應(yīng)的測試引線的電壓降，達(dá)到標(biāo)稱輸出電壓的5%，優(yōu)于其他直流電源。
EA Elektro-Automatik 集團(tuán)是歐洲領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)用功率電子產(chǎn)品制造商。公司總部位于德國北萊茵—威斯特法倫州工業(yè)中心，致力于研究、開發(fā)和制造實(shí)驗(yàn)室電源、工業(yè)用大功率電源系統(tǒng)及能量回饋型電子負(fù)載等高科技設(shè)備，并提供硬件+軟件的完整解決方案。產(chǎn)品具有廣泛的應(yīng)用場景，如傳統(tǒng)動(dòng)力電池、燃料電池、可再生能源、電動(dòng)汽車、軌道交通技術(shù)、航天技術(shù)、自動(dòng)化測試系統(tǒng)、船舶與海洋工程、工藝和流程控制等。
