電流模式控製由於其高可靠性
、環路補償設計簡單、fuzaifenpeigongnengjiandankekaodetedian，beiguangfanyongyukaiguanmoshidianyuan。dianliujiancexinhaoshidianliumoshikaiguanmoshidianyuanshejidezhongyaozuchengbufen，tayongyutiaojieshuchubingtigongguoliubaohu。tu1顯示了 ADI LTC3855同步開關模式降壓電源的電流檢測電路。LTC3855是一款具有逐周期限流功能的電流模式控製器件。檢測電阻RS監測電流。

 

 
 

圖1. 開關模式電源電流檢測電阻(RS)

 

圖2顯示了兩種情況下電感電流的示波器圖像：第一種情況使用電感電流能夠驅動的負載（紅線），而在第二種情況下
，輸出短路（紫線）。

 

圖2. LTC3855限流與折返示例，在1.5 V/15 A供電軌上測量

 

最初，峰值電感電流由選定的電感值
、電源開關導通時間
、電路的輸入和輸出電壓以及負載電流設置（圖中用“1”表示）。當電路短路時，電感電流迅速上升
，直至達到限流點
，即 RS × IINDUCTOR (IL)等於最大電流檢測電壓
，以保護器件和下遊電路（圖中用“2”表示）。然後，內置電流折返限製（圖中數字“3”）進一步降低電感電流
，以將熱應力降至最低。

 

電流檢測還有其他作用。在多相電源設計中

，利用它能實現精確均流。對於輕負載電源設計，它可以防止電流反向流動，從而提高效率（反向電流指反向流過電感的電流
，即從輸出到輸入的電流，這在某些應用中可能不合需要，甚至具破壞性）。另ling外wai
，當dang多duo相xiang應ying用yong的de負fu載zai較jiao小xiao時shi
，電dian流liu檢jian測ce可ke用yong來lai減jian少shao所suo需xu的de相xiang數shu，從cong而er提ti高gao電dian路lu效xiao率lv。對dui於yu需xu要yao電dian流liu源yuan的de負fu載zai，電dian流liu檢jian測ce可ke將jiang電dian源yuan轉zhuan換huan為wei恒heng流liu源yuan，以yi用yong於yuLED驅動、電池充電和驅動激光等應用。

 

 

電流檢測電阻的位置連同開關穩壓器架構決定了要檢測的電流。檢測的電流包括峰值電感電流、穀值電感電流（連續導通模式下電感電流的最小值）和平均輸出流。檢測電阻的位置會影響功率損耗、噪聲計算以及檢測電阻監控電路看到的共模電壓。

 

 

對於降壓調節器，電流檢測電阻有多個位置可以放置。當放置在頂部MOSFET的高端時（如圖3所示），它會在頂部MOSFET 導通時檢測峰值電感電流，從而可用於峰值電流模式控製電源。但是，當頂部MOSFET關斷且底部MOSFET導通時，它不測量電感電流。

 

圖3. 帶高端RSENSE的降壓轉換器

 

在這種配置中，電流檢測可能有很高的噪聲，原因是頂部 MOSFET的導通邊沿具有很強的開關電壓振蕩。為使這種影響最小，需要一個較長的電流比較器消隱時間（比較器忽略輸入的時間）。這會限製最小開關導通時間，並且可能限製最小占空比（占空比 = VOUT/VIN）和最大轉換器降壓比。注意在高端配置中，電流信號可能位於非常大的共模電壓(VIN)之上。

 

 

圖4中，檢測電阻位於底部MOSFET下方。在這種配置中，它檢測穀值模式電流。為了進一步降低功率損耗並節省元件成本，底部FET RDS(ON)可用來檢測電流
，而不必使用外部電流檢測電阻RSENSE。

 

圖4. 帶低端RSENSE的降壓轉換器

 

zhezhongpeizhitongchangyongyuguzhimoshikongzhidedianyuan。taduizaoshengkenengyehenmingan，danzaizhezhongqingkuangxia
，tazaizhankongbijiaodashihenmingan。guzhimoshikongzhidejiangyazhuanhuanqizhichigaojiangyabi
，danyouyuqikaiguandaotongshijianshiguding/ 受控的，故最大占空比有限。

 

 

圖5中，電流檢測電阻RSENSE與電感串聯，因此可以檢測連續電感電流，此電流可用於監測平均電流以及峰值或穀值電流。所以，此配置支持峰值
、穀值或平均電流模式控製。

 

圖5. RSENSE與電感串聯

 

這種檢測方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通常可提供非常準確的電流檢測信號
，以實現精確的限流和均流。但是，RSENSE也會引起額外的功率損耗和元件成本。為了減少功率損耗和成本
，可以利用電感線圈直流電阻(DCR)檢測電流
，而不使用外部RSENSE。

 

 

對於升壓調節器，檢測電阻可以與電感串聯
，以提供高端檢測 （圖6）。

 

圖6. 帶高端RSENSE的升壓轉換器

 

升壓轉換器具有連續輸入電流
，因此會產生三角波形並持續監測電流。

 

 

檢測電阻也可以放在底部MOSFET的低端
，如圖7所示。此處監測峰值開關電流（也是峰值電感電流）
，每半個周期產生一個電流波形。MOSFET開關切換導致電流信號具有很強的開關噪聲。

 

 

圖7. 帶低端RSENSE的升壓轉換器

 

 

 

圖8顯示了一個4開關升降壓轉換器，其檢測電阻位於低端。當輸入電壓遠高於輸出電壓時
，轉換器工作在降壓模式；當輸入電壓遠低於輸出電壓時

，轉換器工作在升壓模式。在此電路中
，檢測電阻位於4開關H橋配置的底部。器件的模式（降壓模式或升壓模式）決定了監測的電流。

 

 

圖8. 帶低端RSENSE的升壓轉換器

 

在降壓模式下（開關D一直導通，開關C一直關斷），檢測電阻監測底部開關B電流，電源用作穀值電流模式降壓轉換器。

 

在升壓模式下（開關A一直導通，開關B一直關斷），檢測電阻與底部MOSFET (C)chuanlian，bingzaidiangandianliushangshengshiceliangfengzhidianliu。zaizhezhongmoshixia，youyubujianceguzhidiangandianliu，yincidangdianyuanchuyuqingfuzaizhuangtaishi，hennanjiancefudiangandianliu。fudiangandianliuyiweizhediannengcongshuchuduanchuanhuishuruduan，danyouyuzhezhongchuanshuhuiyousunhao，guxiaolvhuishousun。duiyudianchigongdianxitongdengyingyong，qingfuzaixiaolvhenzhongyao，zhezhongdianliujiancefangfabuhexuyao。

 

圖9電路解決了這個問題，其將檢測電阻與電感串聯，從而在降壓和升壓模式下均能連續測量電感電流信號。由於電流檢測 RSENSE連接到具有高開關噪聲的SW1節點，因此需要精心設計控製器IC
，使內部電流比較器有足夠長的消隱時間。

 

圖9. LT8390升降壓轉換器
，RSENSE與電感串聯

 

輸入端也可以添加額外的檢測電阻
，以實現輸入限流；或者添加在輸出端，用於電池充電或驅動LED等恒定輸出電流應用。這種情況下需要平均輸入或輸出電流信號，因此可在電流檢測路徑中增加一個強RC濾波器，以減少電流檢測噪聲。

 

 

開關模式電源有三種常用電流檢測方法是：使用檢測電阻，使用MOSFET RDS(ON)
，以及使用電感的直流電阻(DCR)。每種方法都有優點和缺點，選擇檢測方法時應予以考慮。

 

 

作為電流檢測元件的檢測電阻，產生的檢測誤差最低（通常在1%和5%之間），溫度係數也非常低
，約為100 ppm/°C (0.01%)。在性能方麵，它提供精度最高的電源，有助於實現極為精確的電源限流功能，並且在多個電源並聯時，還有利於實現精密均流。

 

圖10. RSENSE電流檢測

 

另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，因(yin)為(wei)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)增(zeng)加(jia)了(le)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)
，所(suo)以(yi)電(dian)阻(zu)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)額(e)外(wai)的(de)功(gong)耗(hao)。因(yin)此(ci)，與(yu)其(qi)他(ta)檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)相(xiang)比(bi)，檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)電(dian)流(liu)監(jian)測(ce)技(ji)術(shu)可(ke)能(neng)有(you)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)耗(hao)，導(dao)致(zhi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)整(zheng)體(ti)效(xiao)率(lv)有(you)所(suo)下(xia)降(jiang)。專(zhuan)用(yong)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)也(ye)可(ke)能(neng)增(zeng)加(jia)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)成(cheng)本(ben)，雖(sui)然(ran)一(yi)個(ge)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)的(de)成(cheng)本(ben)通(tong)常(chang)在(zai)0.05美元至0.20美元之間。

 

選擇檢測電阻時不應忽略的另一個參數是其寄生電感（也稱為有效串聯電感或ESL）。檢測電阻可以用一個電阻與一個有限電感串聯來正確模擬。

 

圖11. RSENSE ESL模型

 

此電感取決於所選的特定檢測電阻。某些類型的電流檢測電阻，例如金屬板電阻
，具有較低的ESL，應優先使用。相比之下
，繞線檢測電阻由於其封裝結構而具有較高的ESL
，應避免使用。一般來說
，ESL效應會隨著電流的增加、jiancexinhaofududejianxiaoyijibujubuhelierbiandegengjiamingxian。dianludezongdianganhaibaokuoyouyuanjianyinxianheqitadianluyuanjianyinqidejishengdiangan。dianludezongdianganyeshoudaobujudeyingxiang，yincibixutuoshankaolvyuanjiandebuju

，buqiadangdebujukenengyingxiangwendingxingbingjiajuxianyoudianlushejiwenti。

 

檢測電阻ESL的影響可能很輕微
，也可能很嚴重。ESLhuidaozhikaiguanzhajiqudongqifashengmingxianzhendang，congerduikaiguandaotongchanshengbuliyingxiang。tahaihuizengjiadianliujiancexinhaodewenbo，daozhiboxingzhongchuxiandianyajieyue，erbushiyuqiderutu13所示的鋸齒波形。這會降低電流檢測精度。

 

圖12. RSENSE ESL可能會對電流檢測產生不利影響

 

 

為使電阻ESL最小
，應避免使用具有長環路（如繞線電阻）或長引線（如厚電阻）的檢測電阻。薄型表麵貼裝器件是首選，例子包括板結構SMD尺寸0805、1206、2010和2512，更好的選擇包括倒幾何SMD尺寸0612和1225。

 

 

利用MOSFET RDS(ON)進行電流檢測
，可以實現簡單且經濟高效的電流檢測。LTC3878是一款采用這種方法的器件。它使用恒定導通時間穀值模式電流檢測架構。頂部開關導通固定的時間

，此後底部開關導通，其RDS壓降用於檢測電流穀值或電流下限。

 

圖13. MOSFET RDS(ON)電流檢測

 

雖然價格低廉，但這種方法有一些缺點。首先，其精度不高， RDS(ON)值可能在很大的範圍內變化（大約33%或更多）。其溫度係數可能也非常大，在100°C以上時甚至會超過80%。另外
，如果使用外部MOSFET
，則必須考慮MOSFET寄生封裝電感。這種類型的檢測不建議用於電流非常高的情況，特別是不適合多相電路，此類電路需要良好的相位均流。

 

 

電感直流電阻電流檢測采用電感繞組的寄生電阻來測量電流，從而無需檢測電阻。這樣可降低元件成本，提高電源效率。與MOSFET RDS(ON)相比
，銅線繞組的電感DCRdeqijianjianpianchatongchangjiaoxiao，buguorengranhuisuiwenduerbianhua。tazaidishuchudianyayingyongzhongshoudaoqinglai，yinweijiancedianzushangderenheyajiangdoudaibiaoshuchudianyadeyigexiangdangdabufen。jiangyigeRC網絡與電感和寄生電阻的串聯組合並聯，檢測電壓在電容C1上測量（圖15）。

 

 

圖14. 電感DCR電流檢測

 

 

通過選擇適當的元件(R1 × C1 = L/DCR)，電容C1兩端的電壓將與電感電流成正比。為了最大限度地減少測量誤差和噪聲
，最好選擇較低的R1值。

 

dianlubuzhijieceliangdiangandianliu
，yinciwufajiancedianganbaohe。tuijianshiyongruanbaohedediangan
，rufenxindiangan。yutongdengtiexindianganxiangbi，cileidiangandecixinsunhaotongchangjiaogao。yuRSENSE方法相比
，電感DCR檢測不存在檢測電阻的功率損耗，但可能會增加電感的磁芯損耗。

 

使用RSENSE和DCR兩種檢測方法時，由於檢測信號較小，故均需要開爾文檢測。必須讓開爾文檢測痕跡（圖5中的SENSE+和 SENSE-）遠離高噪聲覆銅區和其他信號痕跡，以將噪聲提取降至最低，這點很重要。某些器件（如LTC3855）具有溫度補償DCR檢測功能
，可提高整個溫度範圍內的精度。

 

表1. 電流檢測方法的優缺點
 

 

表1中提到的每種方法都為開關模式電源提供額外的保護。取決於設計要求，精度、效率、熱應力、保護和瞬態性能方麵的權衡都可能影響選擇過程。電源設計人員需要審慎選擇電流檢測方法和功率電感

，並正確設計電流檢測網絡。ADI公司的LTpowerCAD設計工具和LTspice®電路仿真工具等計算機軟件程序
，對簡化設計工作並獲得最佳結果會大有幫助。

 

 

還hai有you其qi他ta電dian流liu檢jian測ce方fang法fa可ke供gong使shi用yong。例li如ru，電dian流liu檢jian測ce互hu感gan器qi常chang常chang與yu隔ge離li電dian源yuan一yi起qi使shi用yong，以yi跨kua越yue隔ge離li柵zha對dui電dian流liu信xin號hao信xin息xi提ti供gong保bao護hu。這zhe種zhong方fang法fa通tong常chang比bi上shang述shu三san種zhong技ji術shu更geng昂ang貴gui。此ci外wai，近jin年nian來lai集ji成cheng柵zha極ji驅qu動dong器qi(DrMOS)和電流檢測的新型功率MOSFET也已出現

，但到目前為止，還沒有足夠的數據來推斷DrMOS在檢測信號的精度和質量方麵表現如何。

 

 

 

LTspice是一款強大、快速
、免費的仿真工具、原理圖采集和波形查看器，具有增強功能和模型，可改善開關穩壓器的仿真。

 

 

LTpowerCAD

 

LTpowerCAD設(she)計(ji)工(gong)具(ju)是(shi)一(yi)款(kuan)完(wan)整(zheng)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)工(gong)具(ju)程(cheng)序(xu)，可(ke)顯(xian)著(zhu)簡(jian)化(hua)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)任(ren)務(wu)。它(ta)引(yin)導(dao)用(yong)戶(hu)尋(xun)找(zhao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，選(xuan)擇(ze)功(gong)率(lv)級(ji)元(yuan)件(jian)，提(ti)供(gong)詳(xiang)細(xi)效(xiao)率(lv)信(xin)息(xi)，顯(xian)示(shi)快(kuai)速(su)環(huan)路(lu)波(bo)特(te)圖(tu)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)負(fu)載(zai)瞬(shun)態(tai)分(fen)析(xi)，並(bing)可(ke)將(jiang)最(zui)終(zhong)設(she)計(ji)導(dao)出(chu)至(zhi)LTspice進行仿真。

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