淺析 MPS DrMOS 如何與多相控制器交互電流信息

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上期回顧：常用直流電機的種類及控制方案

本期內(nèi)容

如今，VR 多相電源在筆記本、臺式機、服務(wù)器、基站、人工智能、自動駕駛等諸多應(yīng)用中得到了廣泛的使用。

今天，來和大家分享一下：

• MPS 公司的 DrMOS 和多相控制器之間如何交互電流？

• 與 DCR 檢測控制相比，它有哪些優(yōu)勢所在？

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如今，VR多相電源在筆記本、臺式機、服務(wù)器、基站、人工智能、自動駕駛等諸多應(yīng)用中得到了廣泛的使用。

今天由我為大家講一講：MPS 的 DrMOS和多相控制器之間如何交互電流，與DCR檢測控制相比，它有哪些優(yōu)勢所在？

一開始，我先跟大家科普一下開關(guān)電源的三種常用電流檢測方法，分別是：使用電阻檢測、使用MOSFET R_DS(ON) 檢測和使用電感的直流電阻(DCR) 檢測這三種方法。

每種方法都有其優(yōu)點和缺點，選擇檢測方法時應(yīng)予以考慮。

• 第一種方法可以提供非常準(zhǔn)確的電流檢測信號，同時具有精確的限流和均流，但是需要額外的功率損耗以及元件成本

• 第二種，R_DS(ON) 采樣是一種簡單且經(jīng)濟高效的電流檢測，但其精度不高，溫度系數(shù)可能也非常大，所以不適合多相電路

• 最后一種，DCR采樣，其效率高，成本低，但溫度系數(shù)差，RC參數(shù)也比較難匹配，而且無法檢測電感飽和，屬于開爾文檢測

隨著路由器，服務(wù)器，基站、人工智能、自動駕駛等大算力主芯片的應(yīng)用，對于其核供電的多相電源如何實現(xiàn)更高精度的電流檢測提出了更高的挑戰(zhàn)。

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那么，MPS 的多相電源方案是如何實現(xiàn)高精度的電流檢測以及上報的呢？

通常，我們在使用DrMOS時都是配合多相控制器一起搭配使用，來實現(xiàn)Core供電。

這里我們展示了一顆常規(guī)多相控制器搭配4顆DrMOS，可應(yīng)用在路由器、服務(wù)器，基站等大功率應(yīng)用上。

接下來，我們先從DrMOS入手，講講DrMOS的是如何實現(xiàn)高精度電流輸出的。

MPS 的 DrMOS采用單Die的電流采樣技術(shù)，由于它的M1和M2集成在一個硅中，具有相同的溫度系數(shù)，因此溫度變化不會影響電流鏡的增益。

如圖所示，我們的電感電流呈紅色，DrMOS的CS電流輸出呈綠色。

當(dāng)高邊MOS開通時，CS輸出通過內(nèi)部的電流鏡模擬上管的電流。當(dāng)?shù)瓦匨OS開通時，CS輸出就會跟蹤M2電流。這樣就形成了一個與電感電流成比例的Ics作為DrMOS的CS 電流輸出。

我們以MP86956為例，從規(guī)格書中可以看出其比例尺為 5uA：1A，我們叫它 I_OUT sense gain，也可以叫K_CS。當(dāng)然每個DrMOS的比例可能是不一樣的。另外，出廠前均會有ATE等測試，保證其高電流精度，符合規(guī)格書的描述。

這是我們實際測試電感電流與DrMOS的CS電流輸出的波形，MPS 的 DrMOS 單Die電流采樣的優(yōu)勢明顯：

• CS輸出電流與電感電流成比例

• 逐周期檢測

• 獨立于溫度，R_DS(ON)，電感直流電阻，占空比和頻率的變化。

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講到這里，MPS 的 DrMOS到底是如何和多相控制器進行電流握手交互的呢？

首先

我們來講一下單相電流DrMOS如何和多相控制器進行握手：

DrMOS 的 I_OUT輸出為一個電流信息 I_CS，接入多相控制器后通過多相控制器內(nèi)置可選的電阻R_CS轉(zhuǎn)換成一個電壓信息。

其中I_CS是一個為同電感電流等比例縮小的電流，對于MP86956來說，I_CS=K_CS*I_OUT，其中K_CS為前面講到的I_OUTsense gain，可以從規(guī)格書中查到。R_CS根據(jù)多相控制器里的寄存器來進行阻值選擇。Vbias則是多相控制器內(nèi)部的一個偏置電壓。

然后單相V_CS電壓到了多相控制器內(nèi)部的ADC進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多相控制器可以上報每一個DrMOS的實際電流值。

其次

來講一講總電流如何與多相控制器進行握手。

總電流上報則是通過另外一條支路進行電流匯總后計算，然后進行上報。如圖，所有的CS pin電流等于K_CS*I_OUT電流匯總成一個總的I_OUT電流信息，然后通過x/64一級的Gimon縮放，再經(jīng)過Rimon可選電阻進行二級縮放，進而轉(zhuǎn)換成電壓信息，進入ADC采樣。這樣做的目的是能做到不同電流范圍應(yīng)用的高精度上報。

準(zhǔn)確的電流采樣可以帶來更好的整體系統(tǒng)性能，并且大大減少工程工作量。

MPS 的 DrMOS輸出電流上報無需RC或NTCs等，具有 3% 的全溫度范圍內(nèi)精度，無須溫度補償，同時信號干凈，屬于電流型輸出，抗干擾性能好，調(diào)試簡單。

總之一句話：選它就對了!

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工程師朋友們，這里就是MPS 的 DrMOS如何握手多相控制器，進行精確的檢測以及上報，您是否掌握了呢？

如果還有不理解的地方，歡迎各位工程師朋友來留言評論，我們會有專業(yè)工程師為您解答，謝謝大家！

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