电流模式取样电阻的位置对结构影响

Allevi · 发表于 2019-7-16 07:30

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电流模式取样电阻的位置对结构影响

本文以Buck变换器为例，来说明电流取样电阻放置的位置和相对应的工作模式。电流的取样电阻有三种不同的放置方式：

（1）放置在输入回路，即与高端主开关管相串联。

（2）放置在输出回路，即与电感相串联。

（3）放置在续流回路，即与续流的二极管或同步开关管相串联。

1 电流取样电阻放置在输入回路

在Buck变换器中，输入回路，即高端的主开关管流过的电流波形为上升阶段的梯形波形。峰值电流模式检测的是上升阶段的电流信号的最大值，因此，如果电流取样电阻放在Buck变换器的输入回路，系统工作于峰值电流模式。也可以用高端的主开关管的导通电阻作电流检测电阻。

Buck变换器的输入电压高于输出电压，电流取样电阻放在Buck变换器的输入回路，那么电流放大器的两个输入管脚的共模电压为高的输入电压。高的共模输入电压的电流放大器的成本高，因此，电流取样电阻放在Buck变换器的输入回路一般应用于低的输入电压，尤其是低输入电压的单芯片的Buck变换器。为了降低成本提高效率，一些Buck变换器了采用集成在芯片内部的高端的功率MOSFET的导通电阻做于电流取样电阻。

由于电流取样电阻检测的是高端的开关管导通期间的电流，在高端的开关管导通瞬间，续流二极管的反向恢复使电流前沿产生大的尖峰，会使电流比较器误动作，所以PWM控制使用一定的前沿消隐时间LEB屏蔽电流前沿尖峰。

如果电流放大器的额定的共模电压小于电流的输入电压，那么可以用下面的由4个电阻组成的电阻桥，从而降低输入到电流放大器的共模电压。桥中的电阻要用高精度的电阻，以提高电流取样的精度。同时为了降低精态的功耗，要用较大值的电阻。但电阻值太大，精度差，因此要做一些折衷的处理。

图1：电流取样电阻放置输入回路

2：电阻桥降低共模电压

2 电流取样电阻放置在续流回路

在BUCK变换器中，续流回路，即低端的续流二极管或同步续流开关管回路中，流过的电流波形为下降阶段的梯形波形。谷点电流模式检测的是下降阶段的电流信号的最小值，因此，如果电流取样电阻放在Buck变换器的续流回路，系统工作在谷点电流模式。也可以用低端的续流开关管的导通电阻作电流检测电阻。谷点电流模式大多用于低压大电流的应用，因此通常采用同步的BUCK变换器，续流回路用MOSFET取代二极管，MOSFET导通电阻低，其导通压降：即导通电阻和电流乘积小于二极管的压降，因此功率损耗低，提高系统的效率。

图3：电流取样电阻放置续流回路

同步的BUCK变换器高端的主开关管和低端的同步续流管之间要设定一定的死区时间以防止上下管的直通。

峰值电流模式是高端的开关管导通后才开始检测电流，容易受到前沿尖峰的干扰，因此也在加一定的前沿消隐时间，防止在电流信号的前沿上升过程中误触发。峰值电流模式的前沿尖峰是由于低端的续流开关管关断的过程中，其内部寄生的二极管或额外加的并联二极管的反向恢复所产生的。

3 电流取样电阻放置在输出回路

在BUCK变换器中，输出回路，即输出功率电感，流过的电流波形为三角形波，这包含上升和下降阶段的梯形波，是完整的一个开关周期的电流波形，因此它可以是峰值电流模式，可以是谷点电流模式，也可以是平均电流模式，但通常这种配置工作于峰值电流模式。

电流取样电阻放在电感后面，由于高端的主关管和低端的续流开关管所并联的二极管反向恢复所产生的电流尖峰初滤除，电流检测电阻不会检测到这些干扰的噪声，检测的精度高。

电流取样电阻放在输出回路，由于输出电压低，那么电流比较器的两个输入管脚的共模电压较低，因此可以使用低输入共模电压的差动放大器，提高电流检测的精度，降低噪声。

这种配置另一个大的优点是可以使用电感的DCR作为电流检测电阻，从而进一步的提高系统的效率。

图4：电流取样电阻放置输出回路

若输出的电压较高，那么也可以用4个电阻组成的电阻桥，从而降低输入到电流放大器的共模电压。