寄生電感致電流采樣失真：關(guān)鍵問(wèn)題與解決辦法

寄生電感是電流采樣失真的常見(jiàn)隱形干擾源，多源于 PCB 布線(xiàn)、元件引腳及接線(xiàn)，會(huì)在電流變化時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，直接影響采樣精度。尤其在高頻、大電流場(chǎng)景中，即使 nH 級(jí)寄生電感也可能引發(fā)顯著誤差，需針對(duì)性解決。

一、寄生電感的 3 大主要來(lái)源

PCB 布線(xiàn)：導(dǎo)線(xiàn)越長(zhǎng)、越窄，電感越大。10mm 長(zhǎng)、0.2mm 寬的銅箔約 20nH，長(zhǎng)度增至 50mm 可升至 100nH。

元件引腳：0805 封裝采樣電阻引腳約 5-10nH，TO-220 功率器件引腳可達(dá) 20-30nH。

外接導(dǎo)線(xiàn)：10cm 普通導(dǎo)線(xiàn)電感約 10nH，示波器常規(guī)地線(xiàn)電感會(huì)顯著干擾調(diào)試結(jié)果。

二、對(duì)不同采樣方案的失真影響

（一）分流電阻采樣（最易受影響）

動(dòng)態(tài)電壓疊加：電流變化率 50A/μs 時(shí)，20nH 寄生電感產(chǎn)生 1V 感應(yīng)電壓，可能完全掩蓋 0.1V 的真實(shí)采樣電壓。

高頻諧振：與寄生電容構(gòu)成 LC 回路，接近諧振頻率時(shí)波形振蕩，失真度可達(dá) 20% 以上。

（二）霍爾傳感器采樣

功率回路寄生電感產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，導(dǎo)致輸出偏差 5%-10%。

信號(hào)回路寄生電感與輸入電容形成低通濾波，高頻場(chǎng)景相位延遲超 10°。

（三）電流互感器采樣

二次側(cè)寄生電感增大勵(lì)磁電流，變比誤差可能從 0.2% 升至 0.8%，超出精度要求。

三、4 類(lèi)核心抑制策略

（一）PCB 設(shè)計(jì)優(yōu)化

采樣回路布線(xiàn) “短、寬、對(duì)稱(chēng)”，長(zhǎng)度≤5mm，寬度≥0.8mm，減少平行布線(xiàn)。

分流電阻到 ADC 采用差分布線(xiàn)，降低寄生電感差異。

（二）元件選型

優(yōu)先選貼片式低寄生元件，如 0603 封裝合金電阻、SMT 霍爾傳感器。

大電流場(chǎng)景用無(wú)引腳分流器，寄生電感可控制在 1nH 以?xún)?nèi)。

（三）干擾抵消

分流電阻兩端并聯(lián) RC 吸收網(wǎng)絡(luò)（如 R=10Ω、C=100pF），抑制諧振與尖峰。

采用 CMRR≥80dB 的差分放大器，抵消共模干擾。

（四）調(diào)試驗(yàn)證

用阻抗分析儀測(cè)量寄生電感，確保高頻段阻抗無(wú)異常。

通快速電流階躍信號(hào)，觀察采樣波形，過(guò)沖需≤10%。

四、典型場(chǎng)景優(yōu)化案例

新能源汽車(chē)電機(jī)控制器（100A 采樣）：

分流電阻布線(xiàn)從 10mm 縮至 3mm，寬度增至 1mm，電感降 60%。

并聯(lián) R=20Ω、C=220pF 吸收網(wǎng)絡(luò)，尖峰電壓從 2V 降至 0.3V。

用 INA250 差分放大器，最終失真度≤3%，滿(mǎn)足控制要求。

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