1. 基于电感DCR的电流检测
如前所述,该LM27402采用无损电感DCR无损电流检测方案,旨在提供精确的过载(电流限制)和短路保护。
图22显示了常用的电感DCR电流检测方法。图23显示了使用电流分流电阻RISNS的实现方案。
图22中的器件RS和CS在电感器上形成一个低通滤波器,以实现对电感DCR压降的差分检测。当 RS*CS 等于 L/RDCR 时,检测电容 CS 两端产生的电压是电感器 DCR 电压波形的复制品。
选择大于0.1 μF的CS电容,以保持检测网络的低阻抗,从而降低开关节点噪声拾取的敏感性。请注意,电感DCR在图22中示意性地显示为分立元件。
选择功率电感器以提供尽可能低的 DCR 以最大限度地降低功率损耗,则典型 DCR 范围为 0.4 mΩ 至 4 mΩ。然后,假设负载电流为 25 A,CS+ 和 CS– 引脚两端的电压范围为 10 mV (0.4 mΩ*25A=10mV)至 100 mV(4mΩ*25A=100mV)。
与电感器串联的电流检测(或分流)电阻器也可以在较低的输出电流水平下实现,以提供精确的过流保护,见图23。由于不可避免的效率损失和/或额外的成本影响,这种配置通常不会在大电流应用中实现(除非 OCP 设定点精度和工作温度范围内的稳定性是关键规格)。
参考[ 功率电感DCR检流的原理 ],通过将RSCS检测滤波器的时间常数与电感器的L/RDCR时间常数相匹配,可以最精确地检测电感DCR两端的差分电压。如果时间常数匹配,则电容器两端的电压跟随DCR两端的电压。RSCS网络中使用的典型电容范围为100 nF至1μF。
匹配时间常数的方程为:
2. 设置电流限制阈值的方法
如前所述,LM27402利用滤波电感DCR来检测过流事件。如果需要,用户可以使用具有低容差 DCR 的电感器来提高电流限制阈值的精度。用于检测电感DCR电压的最常见电路布置,如图32所示。
使用从电流限制比较器到输出电压引脚的单个电阻将电流限制阈值调整到任何电平。使用图33中的电路设置电流限值。
由于电感器DCR两端的电压跟随流过电感器的电流,因此器件在电感器电流的峰值处跳闸。图33所示的电容CSBY对电流检测比较器的输入进行滤波。该电容的工作范围为47 pF至100 pF。
设置RSET电阻值的公式为:
ILIMIT是所需的电流限制电平,RDCR是电感的额定直流电阻,Ics-是从CS-引脚流出的10 μA电流源。为了实现高频共模抑制,可以选择在CS+信号路径中添加一个与RSET电阻相同的串联电阻RCS。
内部电流源 ICS- 由输入电压轨 VIN 供电。驱动该电流源所需的最小电压为1 V(从VIN到VOUT)。如果VIN – VOUT<1 V时出现低压差情况,则LM27402可能会过早启动打嗝模式。
有多种方法可以避免这种情况:
第一种选择是在输入电压比标称输出电压高1 V后使能LM27402,如图28所示。
第二种选择是降低图34所示的比较器共模电压,使ICS-电流源具有足够的裕量电压。
3. 应用实例
该应用实例中,VIN范围是3.3V-12V,VIN典型值是5V, VOUT = 1.5V,IOUT = 20A,L = 0.68μH,RDCR = 2.34 mΩ,fSW = 300 kHz,ΔI = 2.97A(根据电感取值反向计算的纹波电流),IOUT,LIMIT = 24A(期望的负载端限流值,比最大负载电流高4A)。
另外,根据规格书,LM27402器件的OCP比较器上的偏置电流源为 I_(CS-)=10uA 。
(1) 配置DCR检流网络参数
DCR检流网络的两个参数,可以先固定电容的容值,通常取值范围为0.1uF ~ 1uF。如图41所示,根据公式(12),取RC网络的容值为Cs = 100nF(推荐的Cs容值范围是100nF-1uF),容易得到Rs阻值:
实际可取阻值相近的Rs = 2.94kOHM(RC0603FR-072K94L,1% 2.94K OHM 1% 1/10W 0603)。
(2) 配置DCR检流电路的限流阈值
根据ΔI = 2.97A和IOUT,LIMIT = 24A两个条件可知,触发OCP的峰值电流为 IOCP = 24A + 2.97A/2 = 25.45A。
根据公式(13)容易计算该实例中需要配置的限流电阻值:
实际可取阻值相近的 R_SET = 5.9kOHM。
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