DCR电流检测架构之比较 1

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DCR电流检测架构之比较 1

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4 x& Z* Z! W3 n. F$ a6 _电流检测在DC/DC电压调节器系统中扮演很重要角色，尤其是CPU电源VCORE应用中的多相位降压转换器。在VCORE应用中，电流信号会被用于决定下降负载线之特性，每相位之间的电流平衡，抽载电流回报，及过流保护等功能之中。此外，如果是采用电流模式的控制架构，电流信号甚至会直接影响系统的稳定性。因此，获取准确的电流信号是非常重要的。
一般而言，因电感直流电阻（DCR）电流检测法具有无损耗之优点，是被广泛地应用于CPU之电压调节器（VR）应用之中。然而，DCR电流检测法需要将RC网络放置在电感旁，并且通常是很靠近于噪声源的节点，如相位节点或其他PWM信号；因此它的噪声会较高，进而降低电流检测的精确度。此外，电流检测运算放大器的偏移电压和带宽也可能减低所检测之电流信号的精确度或使电流信号失真，这些都为获得准确的电流信号带来很大的挑战。
本应用须知将介绍二种用于多相位稳压器的电流检测方法：差分电流检测法，及总和电流检测法。本应用须知将藉由理论分析及实验结果，来比较这两种电流检测架构之间的差异。

  S9 V0 ?5 A" D. o' \1. DCR电流检测架构图一显示的是DCR电流检测架构的基本电路，其中L是电感，DCR是此电感的直流电阻。电流检测电阻RX和电容CX联于电感。式（3）所示为电感电流和VCX电压之间的关系。如果只考虑DC电流信号，式（3）可改写如式（4）。若同时考虑DC和AC信号时，则式（3）可改写如式（5）。若选择适当的RX和CX，使得时间常数RX * CX满足此关系式：L / DCR= RX * CX，则在DCR电流检测网络的极点和零点会重合，并且相互抵消。如此一来，无论是从 DC或AC电流信号得到的VCX都会是相同的，即IL * DCR。

图一、DCR电流检测基本电路

6 p: {6 H+ c: T2 H5 S+ p  t, d将式 (2) 带入式 (1)
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. @# \" s, `/ W0 P- ^9 k) R只考虑DC 信号时，式(3)可简化为式(4)。
* C3 p) Y; \+ j; X  g( ?; Q% u
) }; d: {6 N! [若同时考虑DC 和 AC 信号时，式 (3) 可改写为式 (5)。

3 K6 c6 z; b6 e. u1 ~  h7 Q将定义为

* f: D  C" Y3 O# Z2. 差分电流检测架构之简介图二为差分电流检测架构的电路示意图。电感电流是透过DCR电流检测电容两端的电压来检测的。由于运算放大器正、负输入端近似于虚拟短路，电流检测电阻RCS上的跨压就相当于VCX电压，如此又可将电容电压VCX转换成内部电流信号。每相位的电流信号分别去作该相位的电流平衡和过流保护之后，再将每相位的电流由电流镜电路分别镜射，然后相加，成为总电流信号。此总电流信号会注入连接于IMON接脚和VREF接脚之间的RIMON电阻网络，作为决定下降负载线之特性、回报总和电流、并提供输出过流保护和DCR温度补偿的功能。

图二、差分电流检测架构

2.1 差分电流检测架构之公式推导由图二可知，电感电压（VLn）等于电感电流（ILn）*（DCR + s · L）；因此，式（6）可被改写为式（7），而电容电流（IXn）可以式（8）来表示。将式（8）代入式（7），电感电流和电容电压之间的关系可以式（9）来表示。
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" k! c) s, Z0 S+ E& Y( r* ?如果 RXCX 检测网络的时间常数能匹配电感的时间常数LX / DCR，则式（9）可以被改写如式（10）。藉由电流检测电阻RCS，可将VCX电压信号变成电流信号，且总检测电流可用式（11）来表示。总检测电流注入 RIMON 电阻网络之后，会进行温度补偿。被检测到的 ΔVIMON电压，可用于回报总电流和过流保护，并可用于决定作电压准位设定的下降负载线之特性及其他用途等。

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3. 总和电流检测架构之简介图三为总和电流检测架构的电路示意图。总和电流检测架构是利用运算放大器作为加法器，把DCR检测的电容电压（VCXn）全部相加。电流检测电阻（RSn）将检测的电容电压（VCXn）转换成电流信号（ISn），而总电流流到Rsum电阻网络（可作任何所需的温度补偿）。藉由检测Vsum电压，即可得总电感电流讯息。此电流检测架构只需三个接脚就可以检测总电感电流，和差分电流检测架构相比，可大为降低 IC 的接脚数。
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图三、总和电流检测架构
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