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开关电源的电流检测之精密电阻检流

01

/ 简介 /

开关电源常见的三种电流检测方法是:使用精密电阻检流,使用功率电感的直流电阻(DCR)检流,以及使用高边或低边MOSFET Rds(on)检流。但是,根据检流电阻放置的位置不同,所检测的电流类型也不同,总结如下表所示:

此文,将介绍精密电阻检流方法...

02

/ 精密电阻检流的原理 /

上图所示,在降压电路的电流检测方法中,在功率电感和负载之间串联精密电阻进行检流的方法,是比较简单的。通过计算检流电阻RSENSE两端的电压,再除以该电阻的阻值,即可得出负载电流的大小。

但是,很明显这种方法将会在检流电阻RSENSE上产生功率损耗。为了得到更高的检流精度,在满载时,检流电阻上的压降应该在100mV左右。针对输出是3.3V,最大负载电流1A的电源,满载时的输出功率是3.3W,此时的损耗是100mV*1A=0.1W,占输出功率的0.1W/3.3W=3.03%。不难看出,检流电阻压降在输出电压上的占比越高的情况下,这种检流方法的功率损耗也越大,这便是这种检流方法最大的缺点。

而且,这种检流的结果可能有很高的噪声,原因是顶部 MOSFET 的导通边沿具有很强的开关电压振荡。所以这种检测方式一般很少使用。取而代之的是,可以利用电感元件的直流电阻(DCR)检测电流,而不使用额外的RSENSE电阻。

03

/ 检流电阻该放置在哪里 /

开关电源功率电感上的电流有电感峰值电流(连续导通模式下电感电流的最大值)、电感谷值电流(连续导通模式下电感电流的最小值)和电感平均电流,这三种电流参数类型都可以是被检测的对象,而检流电阻的位置和开关电源的架构决定了要检测的电流参数类型。同时,检流电阻的位置又会影响功率损耗、噪声计算以及检测电阻监控电路看到的共模电压。对于降压转换器电路,检流电阻有多个位置可以放置。所以,接下来我们将讨论下检流电阻放置在不同位置的差异。

(1)放置在高边开关的高端,检测电感峰值电流

带高端RSENSE的降压转换器简化电路

上图所示,当检流电阻放置在高边MOSFET的高端时,它会在高边MOSFET导通时(即TON阶段)检测电感峰值电流,从而可用于峰值电流模式控制的电源。但是,当顶部MOSFET关断且底部MOSFET导通时(即TOFF阶段),它不测量电感电流。

(2)放置在低边开关的低端,检测电感谷值电流

带低端RSENSE的降压转换器简化电路

上图所示,当检测电阻放置在低边MOSFET的低端时,它仅在低边MOSFET导通时(即TOFF阶段)检测电感谷值电流。这样,为了进一步降低功率损耗并降低电路成本,可以使用低边MOSFET RDS(ON)检流,而不必使用外部的检流电阻RSENSE。

(3)与功率电感串联放置,检测电感平均电流

RSENSE与电感串联的降压转换器简化电路

上图所示,检流电阻RSENSE与电感是串联关系(简称“串联电阻检流”),可以检测电感上的峰值电流、谷值电流或平均电流,因而这种检流电阻放置方式,支持峰值电流、谷值电流或平均电流三种电流反馈控制模式。这种检测方法可提供最佳的信噪比性能。而且,外部RSENSE通常可提供非常准确的电流检测信号,可以实现精确的限流(检测误差最低,通常在1%和5%之间)。在多个电源并联时,还有利于实现精密均流。

03

/ 小结 /

此文,开关电源电路中精密电阻检流的基本原理、电阻放置位置不同决定了所检测电流的类型也不同...

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