#关键词：电缆, 线缆阻抗, 负载电流, 开尔文检测
在产品设计，研发过程中，我们常会碰到稳压器与负载分离的情况。此时，如果电缆线太长，线缆阻抗无法忽略、负载电流太大，这些都会使得配电线上的压降增大，从而影响负载端电压控制的精度。
这个难题，三种方法帮你搞定——
方法一：采用四线式开尔文 (Kelvin) 连接，直接在负载上测量电压
- 原理：额外增加一对开尔文检测线，测量负载端电压。在图1中，红线为开尔文检测线。然后将这些测量值整合到电源侧的电源电压控制中。
图1，四线式开尔文连接（Scheme-it 方框图）
- 优势与注意事项：
优势：有效，精确
注意事项：第一，需要额外的检测引线，增加成本；第二，容易受到EMC 干扰。
- 小知识：开尔文法测电阻
开尔文法测电阻也称四线法测电阻。可以避免测量时，线缆电阻对于测试结果的影响，但是需要额外增加两根开尔文检测线。
传统的测试方法中，电流回路和测试回路为同一个回路。回路中电流流经线缆电阻产生压降，影响测试结果。
开尔文法测电阻，通过四根线、两个回路，把电流回路和测试回路分开。流经测试回路的电流很小，因此测试回路中，线缆电阻上的压降可以忽略不计，从而能够精确的测量。
如下图，外圈是电流回路，内圈是测试回路，Vm是电压表测试结果，Vr是实际电阻两端的电压。内圈测试回路中流经的电流很小，乘以线缆电阻Rlead，得到的压降可以忽略，因此Vm=Vr。
图2，开尔文法测电阻
方法二：测量线缆上的电流，根据测得的电流对输出电压做出补偿
- 应用实例：使用LT6110对输出电压做出补偿
将LT6110插入电源侧，并测量进入连接线之前的电流。 然后根据测得的电流来调节电源的输出电压。
图3，使用LT6110对输出电压做出补偿
- LT6110典型应用电路解析
图4，LT6110典型应用电路解析
- LT6110通过测量RSENSE两端的电压VSENSE，来检测负载电流ILOAD
- 输出一个与负载电流ILOAD成比例的镜像电流IIOUT
- 利用RIN电阻调节IIOUT电流范围
- 通过RFA反馈电阻器吸收IIOUT以增加稳压器的输出，来补偿线缆压降VDROP
- LT6110 VDROP 补偿设计要点：
- 设定IIOUT • RFA的乘积等于最大线缆压降VDROP
- 如欲实现精准的负载调节，则需准确地估算电源与负载之间的电阻
- 优势与注意事项
优势：无需额外的检测引线。
注意事项：更换线缆时，如欲实现精准的负载调节，需要重新对电压补偿进行相应调整
方法三：通过交流信号对线缆阻抗进行虚拟预测，从而为负载端提供高精度电压
- 应用实例：使用LT4180对输出电压做出补偿
- 原理：LT4180与电源（如DC/DC转换器）一起运作，强制电源输出一个方波电流ΔIL。其峰峰值在标称输出电流的95%到105%之间变化。然后在负载上加一个去耦电容来滤除电流方波中的颤振电流。（该去耦电容大小的选择，以在电流方波频率上产生“AC短路”为目标）。该电流方波ΔIL流过线缆阻抗，会产生一个电压方波ΔV, ΔV = ΔIL * 线缆阻抗。 ΔIL变化范围已知为±5%，ΔV已测得。因此可在任意负载电流条件下，确定并校正线缆阻抗。
即使在器件工作期间内，线缆阻抗会发生变化。同样可以使用 LT4180 这类芯片，在负载侧设置输入电容，通过交流信号对线缆阻抗进行虚拟预测，从而为负载端提供高精度电压。
图5，使用LT4180对输出电压做出补偿
- 优势与注意事项
优势：第一，无需额外的检测引线。第二，优良的通用性，可以应付电缆阻抗发生变化。
注意事项：需要负载侧的节点，具有低交流阻抗。
三种方法比较和结论
下表对三种方法的优势和注意事项进行了总结：
| 方法一： 增加检测引线 | 方法二： 测量线缆上的电流 | 方法三： 交流信号预测线缆阻抗 | |
| 优势 | 有效，精确 | 无需额外的检测引线 | 无需额外的检测引线 |
| 注意事项 | 需要额外的检测引线， 容易受到EMC 干扰 | 如需精确调整， 需准确估算线缆电阻 | 需负载侧的节点， 具有低交流阻抗 |
在很多应用中，都可能碰到需要解决配电系统中线缆电阻的问题，如测井和井下钻探作业中使用的仪器传感器、远距离的监控设备、笔记本快充中的大电流与充电线高阻抗之间的矛盾。在实际应用中，可以根据实际情况，选择最优的方案。
参考技术文档
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