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——

01 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

02 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

 1. LT6110通过测量RSENSE两端的电压VSENSE，来检测负载电流ILOAD

 2. 输出一个与负载电流ILOAD成比例的镜像电流IIOUT

 3. 利用RIN电阻调节IIOUT电流范围

 4. 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

• LT6110VDROP补偿设计要点

 1. 设定IIOUT • RFA的乘积等于最大线缆压降VDROP

 2. 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。

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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

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：

• 无需远端采样线缆的电压补偿

• 如何测量低阻抗电阻

• 防止由电源线引起的电压波动

• 通过任意长度的铜线控制远端负载的电压

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