如何檢測(cè)外置開(kāi)關(guān)的電源控制器輸出電流

Power----電流的感測(cè)

引言：外置開(kāi)關(guān)的控制器可以使用電感的DCR或者檢流電阻Rsense來(lái)進(jìn)行電流檢測(cè)，兩種方案之間的選擇在很大程度上是在成本、功耗和精度之間的設(shè)計(jì)權(quán)衡。DCR的優(yōu)勢(shì)在于不需要檢流電阻，更省成本而且更節(jié)能，特別是在大電流應(yīng)用中，而檢流電阻為控制器提供了最精確的電流檢測(cè)和電流讀取(ADC)。

1.檢流電阻方式

使用檢流電阻方式如圖3-1所示，控制器內(nèi)置比較器具有最大檢測(cè)閾值Vsense(max)，檢測(cè)閾值可配置(例如當(dāng)ILIM引腳接地、浮動(dòng)或綁定到INTVCC時(shí)，最大閾值分別設(shè)置為50mV、75mV或100mV)。電流比較器閾值設(shè)置電感電流的峰值，產(chǎn)生最大平均電感電流Imax，等于峰值小于峰峰紋波電流?IL，所以要計(jì)算檢流電阻值，使用以下公式：

每個(gè)通道的Imax實(shí)際值取決于所需的輸出電流Iout(max)，可通過(guò)以下方法計(jì)算：(此處以雙通道為例)

當(dāng)在低Vin和極高電壓輸出應(yīng)用中使用控制器時(shí)，由于滿足增壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)部補(bǔ)償，最大電感器電流和相應(yīng)的最大輸出電流水平將降低，典型性能特性部分提供了一條曲線，以根據(jù)工作負(fù)荷系數(shù)估計(jì)峰值電感電流水平的減少，實(shí)際Rsense選型回看(傳送門(mén)：Resistor-15：檢流電阻的選型和使用)。

2.DCR方式

對(duì)于在高負(fù)載電流下需要最高效率的應(yīng)用，控制器能夠感應(yīng)到電感器DCR上的電壓降，如圖3-1所示。對(duì)于大電流電感器，該電感器的DCR可小于1mΩ，在需要這種電感的大電流應(yīng)用中，與DCR傳感相比，通過(guò)檢流電阻的傳導(dǎo)損失可以降低幾%的效率。

圖3-1：檢流電阻和DCR方式的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

如果選擇外部R1||R2，C1時(shí)間常數(shù)完全等于L/DCR時(shí)間常數(shù)，則經(jīng)過(guò)外部電容器的電壓降等于電感器DCR的電壓降乘以R2/(R1+R2)。在DCR大于目標(biāo)傳感電阻值的應(yīng)用中，R2對(duì)跨傳感端子進(jìn)行電壓的縮放，要正確地選擇外部濾波器組件，必須知道電感器的DCR，可以用一個(gè)好的RLC計(jì)來(lái)測(cè)量，但DCR的公差并不總是相同的，并隨溫度而變化，有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)查閱制造商的數(shù)據(jù)表。

使用電感值計(jì)算電感紋波電流值，目標(biāo)總體感測(cè)電阻值為：

為了確保應(yīng)用程序?qū)⒃谡麄€(gè)工作溫度范圍內(nèi)提供全負(fù)荷電流，請(qǐng)選擇最大電流感應(yīng)閾值(Vsense)的最小值。

接下來(lái)，確定電感器的DCR值，如有，使用制造商的最大值，通常為20°C增加此值以解釋電阻的溫度系數(shù)，約為0.4%/°C，最高電感溫度[TL(max)]的保守值為100°C。要將最大電感器DCR縮放到所需的感測(cè)電阻值，使用分頻器比：

C1通常選擇在0.1uF到0.47uF的范圍內(nèi)，這將使R1|| R2上升到2k左右，減少了可能由感應(yīng)針的±1uA電流引起的誤差。等效電阻R1||R2被縮放為室溫電感和最大DCR：

感應(yīng)電阻器的值為：

R1中的最大功率損耗與占空比有關(guān)，并且將在Vin=1/2Vout的連續(xù)模式下發(fā)生：

需要確保R1的額定功率高于此值，如果在輕負(fù)載下需要實(shí)現(xiàn)高效率，則在決定是否使用DCR傳感或感測(cè)電阻時(shí)，需要考慮這種功率損耗。由于R1產(chǎn)生的額外開(kāi)關(guān)損耗，DCR網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載功率損耗可能比使用檢流電阻略高，但是DCR傳感消除了傳感電阻，減少了傳導(dǎo)損耗，并在重負(fù)載下提供了更高的效率，這兩種方法的峰值效率大致相同。實(shí)際上，電流檢測(cè)精度受到基于溫度的DCR變化的影響，在一些控制器中，電流放大器可以編程以滿足一般電感器的更多應(yīng)用，即使其DCR不能滿足上述要求。

3.檢流位置如圖3-2所示，對(duì)于采用DCR的檢流方式，檢測(cè)點(diǎn)位位于輸出端：

圖3-2：降壓拓?fù)銬CR方式

在早些年的時(shí)候，對(duì)于采用Rsense的方式，如圖3-3所示，電流采樣點(diǎn)有三個(gè)位置，1--->開(kāi)關(guān)回路，即與高側(cè)MOSFET串聯(lián)，2--->續(xù)流回路，即與續(xù)流二極管或低側(cè)同步MOSFET串聯(lián)，3--->輸出端，即與電感器串聯(lián)。這里不再詳細(xì)討論三個(gè)位置的差異性，因?yàn)樯婕暗椒逯惦娏髂Ｊ胶凸戎惦娏髂Ｊ?，并?a target="_blank">芯片技術(shù)進(jìn)化到現(xiàn)在，Rsense方式的位置基本都在電感端，即圖3-3中的3號(hào)位或者圖3-4中的1號(hào)位。

圖3-3：降壓拓?fù)銻sense位置

而升壓拓?fù)涞奶厥庑裕瑱z流電阻的位置有1--->輸入端，2--->輸出端，因?yàn)榭刂破鞅旧硇枰囊欢ǖ墓β剩陨龎和負(fù)涞腞sense放置位置是在1號(hào)位。

圖3-4：升壓拓?fù)銻sense位置

4.連接方式

傳感器+引腳還為控制器內(nèi)部比較器提供功率，正常工作時(shí)會(huì)有uA級(jí)別的小基底電流流入Sense引腳，而高阻抗Sense-輸入到電流比較器使得使用DCR也可以達(dá)到很高的精度。

與感測(cè)線相互作用的濾波器組件應(yīng)放置在靠近控制器本體的位置，并且感測(cè)線使用開(kāi)爾文連接(傳送門(mén)：Resistor-16：焊盤(pán)布局優(yōu)化檢流精度)。否則其它地方的傳感電流可以有效地將寄生電感和電容添加到電流感測(cè)元件上，降低感測(cè)端子上的有效信息，使得檢流精度降低。如果如圖3-1使用DCR傳感，感測(cè)電阻R1應(yīng)放置在靠近開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的地方，以防止噪聲耦合到敏感的小信號(hào)節(jié)點(diǎn)中。