開關(guān)模式電源電流檢測：檢測電阻的放置位置

作者：Kevin Scott and Henry Zhang

電流檢測電阻的放置位置

電流檢測電阻與開關(guān)穩(wěn)壓器架構(gòu)的放置決定了要檢測的電流。檢測的電流包括峰值電感電流、谷值電感電流（連續(xù)導通模式下電感電流的最小值）和平均輸出電流。檢測電阻的位置會影響功率損耗、噪聲計算和檢測電阻監(jiān)控電路看到的共模電壓。

降壓穩(wěn)壓器高邊放置

對于降壓穩(wěn)壓器，電流檢測電阻可以放置在多個位置。當放置在頂部MOSFET的高端時（如圖1所示），當頂部MOSFET導通時，它可以檢測峰值電感電流，因此可用于峰值電流模式控制電源。但是，當頂部 MOSFET 關(guān)閉而底部 MOSFET 導通時，它不會測量電感電流。

圖1.具有高壓側(cè)R的降壓轉(zhuǎn)換器意義

在這種配置中，電流檢測可能會產(chǎn)生噪聲，因為頂部MOSFET的導通邊沿具有很強的開關(guān)電壓振鈴。為了將這種影響降至最低，需要較長的電流比較器消隱時間（比較器忽略輸入的時間）。這限制了最小開關(guān)導通時間，并可能限制最小占空比（占空比= V外/ V在）和最大轉(zhuǎn)換器降壓比。注意，在高壓側(cè)配置中，電流信號可以位于非常大的共模電壓（V在).

降壓穩(wěn)壓器低側(cè)放置

在圖2中，檢測電阻放置在底部MOSFET下方。在此配置中，它檢測谷值模式電流。為了進一步降低功率損耗并節(jié)省元件成本，底部FET RDS（ON）可用于檢測電流，無需使用外部電流檢測電阻器 R意義.

圖2.具有低側(cè)R的降壓轉(zhuǎn)換器意義

這種配置通常用于谷值模式控制的電源。它也可能對噪聲敏感，但在這種情況下，它是在占空比很大的時候。谷值模式控制的降壓轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)高降壓比;但是，由于其固定/受控開關(guān)導通時間，其最大占空比受到限制。

降壓穩(wěn)壓器與電感器串聯(lián)

在圖3中，電流檢測電阻R意義與電感串聯(lián)放置，因此可以檢測連續(xù)電感電流，可用于平均電流監(jiān)控，以及峰值或谷值電流監(jiān)控。因此，這種配置允許峰值、谷值或平均電流模式控制。

圖3.R意義與電感器串聯(lián)

這種檢測方法可提供最佳的信噪比性能。外部 R意義通常可以提供非常精確的電流檢測信號，用于精確的限流和共享。然而，R意義還會導致額外的功率損耗和組件成本。為了降低功率損耗和成本，可以使用電感繞組直流電阻（DCR）來檢測電流，而無需外部R。意義.

升壓和反相穩(wěn)壓器高邊放置

對于升壓（Boost）穩(wěn)壓器，檢測電阻可以與提供高端檢測的電感串聯(lián)放置（圖 4）。

圖4.具有高端R的升壓轉(zhuǎn)換器意義

由于升壓具有連續(xù)輸入電流，因此會產(chǎn)生三角波形并連續(xù)監(jiān)控電流。

升壓和反相穩(wěn)壓器低側(cè)放置

檢測電阻也可以放置在底部MOSFET的低端，如圖5所示。在這里，峰值開關(guān)電流（也是峰值電感電流）被監(jiān)控，從而每半周期產(chǎn)生一個電流波形。由于MOSFET開關(guān)，電流信號具有很強的開關(guān)噪聲。

圖5.具有低側(cè)R的升壓轉(zhuǎn)換器意義

降壓-升壓低側(cè) SENSE 電阻安撫或與電感串聯(lián)

圖6所示為4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，檢測電阻位于低端。當輸入電壓遠高于輸出電壓時，轉(zhuǎn)換器工作在降壓模式，當輸入電壓遠低于輸出電壓時，轉(zhuǎn)換器工作在升壓模式。在本電路中，檢測電阻位于4開關(guān)H橋配置的底部。器件的模式（降壓模式或升壓模式）決定了正在監(jiān)控的電流。

圖6.帶 R 的降壓-升壓意義在低端

在降壓模式下（開關(guān) D 始終導通，開關(guān) C 始終關(guān)閉），檢測電阻器監(jiān)視底部開關(guān) B 電流，電源用作谷值電流模式降壓轉(zhuǎn)換器。

在升壓模式下（開關(guān) A 始終導通，開關(guān) B 始終關(guān)閉），檢測電阻與底部 MOSFET （C） 串聯(lián)，并隨著電感電流的上升測量峰值電流。在這種模式下，由于不監(jiān)測谷值電感電流，因此當電源處于輕負載狀態(tài)時，很難檢測到負電感電流。負電感電流意味著能量只是從輸出端傳輸回輸入端，但由于與傳輸相關(guān)的損耗，效率受到影響。因此，對于輕負載效率很重要的電池供電系統(tǒng)等應(yīng)用，這種電流檢測方法是不可取的。

圖7所示電路通過將檢測電阻與電感串聯(lián)來解決此問題，以便在降壓和升壓模式下連續(xù)測量電感電流信號。由于電流檢測R意義連接到具有高開關(guān)噪聲的SW1節(jié)點，需要仔細設(shè)計控制器IC，以便為內(nèi)部電流比較器留出足夠的消隱時間。

圖7.LT8390 帶 R 的降壓-升壓器意義與電感器串聯(lián)

還可以在輸入端增加一個額外的檢測電阻器，用于輸入電流限制，或在輸出端（如下所示）增加一個檢測電阻器，用于電池充電或驅(qū)動LED等恒定輸出電流應(yīng)用。在這種情況下，由于需要平均輸入或輸出電流信號，因此可以在電流檢測路徑上增加一個強大的R/C濾波器，以降低電流檢測噪聲。

在上述大多數(shù)示例中，電流檢測元件被假定為檢測電阻。但是，這不一定是，而且通常不是這樣。其他檢測技術(shù)包括使用MOSFET兩端的壓降或電感器的直流電阻（DCR）。這些電流檢測方法在第3部分“電流檢測方法”中討論。

審核編輯：郭婷