航空電子、汽車電子和其他電力電子電路需要對傳感電路進行精確校準(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)最終可能會縮短電動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，一個合理大小的負(fù)載電流通過較長的導(dǎo)線時仍會產(chǎn)生不可忽略的壓降。同時由于相同導(dǎo)線長度的供電回路，因此總壓降其實增加了一倍。

為了解決這個問題，電源被設(shè)計具有遠(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償導(dǎo)線上的壓降。

向負(fù)載供電的現(xiàn)狀

讓我們看一個具體的情況，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 顯示了一個直流電源對一個負(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%。對于許多軍事/航空航天和汽車應(yīng)用來說，這是一個不可接受的誤差。

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

讓我們再看看圖 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。它反饋整個負(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

如何保護遠(yuǎn)程感測電路免受感性負(fù)載對電源施加反向電動勢的影響? 感性負(fù)載在斷電時，將存儲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，電池就會向電源放電。來自電感的反向電動勢和來自電池的放電電壓都向電源施加能量，將損壞電源。

一對二極管可以保護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。一個缺點是感測正極引線不再導(dǎo)向負(fù)載，不能補償串聯(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，這些擾動被放大并傳輸?shù)诫娫纯刂齐娐贰？刂齐娐飞系脑肼晻陔娫摧敵錾弦鸺y波。如果波動足夠大，它們會導(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?？赏ㄟ^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，這些擾動被放大并傳輸?shù)诫娫纯刂齐娐??？刂齐娐飞系脑肼晻陔娫摧敵錾弦鸺y波。如果波動足夠大，它們會導(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 集團是歐洲領(lǐng)先的實驗室和工業(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)和制造實驗室電源、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)動力電池、燃料電池、可再生能源、電動汽車、軌道交通技術(shù)、航天技術(shù)、自動化測試系統(tǒng)、船舶與海洋工程、工藝和流程控制等。