开关模式电源电流检测方法

CLBuu

电流检测电阻的位置连同开关稳压器架构决定了要检测的电流。检测的电流包括峰值电感电流、谷值电感电流（连续导通模式下电感电流的最小值）和平均输出电流。检测电阻的位置会影响功率损耗、噪声计算以及检测电阻监控电路看到的共模电压。

6 ~% {# ~: K% Q5 g8 L放置在降压调节器高端
. E& g  S. p9 x( |对于降压调节器，电流检测电阻有多个位置可以放置。当放置在顶部MOSFET的高端时（如图1所示），它会在顶部MOSFET导通时检测峰值电感电流，从而可用于峰值电流模式控制电源。但是，当顶部MOSFET关断且底部MOSFET导通时，它不测量电感电流。

图1．带高端RSENSE的降压转换器

在这种配置中，电流检测可能有很高的噪声，原因是顶部MOSFET的导通边沿具有很强的开关电压振荡。为使这种影响最小，需要一个较长的电流比较器消隐时间（比较器忽略输入的时间）。这会限制最小开关导通时间，并且可能限制最小占空比（占空比 ＝ VOUT／VIN）和最大转换器降压比。注意在高端配置中，电流信号可能位于非常大的共模电压（VIN）之上。

6 f9 W. U  y! H# m0 d. D$ J放置在降压调节器低端
图2中，检测电阻位于底部MOSFET下方。在这种配置中，它检测谷值模式电流。为了进一步降低功率损耗并节省元件成本，底部FET RDS（ON）可用来检测电流，而不必使用外部电流检测电阻RSENSE。
9 V% x, D5 z( j
5 K' S, g3 e2 R3 a

图2．带低端RSENSE的降压转换器

9 U4 H2 m: R6 ~& w这种配置通常用于谷值模式控制的电源。它对噪声可能也很敏感，但在这种情况下，它在占空比较大时很敏感。谷值模式控制的降压转换器支持高降压比，但由于其开关导通时间是固定／受控的，故最大占空比有限。

降压调节器与电感串联
图3中，电流检测电阻RSENSE与电感串联，因此可以检测连续电感电流，此电流可用于监测平均电流以及峰值或谷值电流。所以，此配置支持峰值、谷值或平均电流模式控制。
. c% b1 N) |5 B
3 k0 o+ w. T9 O) W3 ~/ Q8 O0 Q9 P; F

图3．RSENSE与电感串联
! o# T; H2 s# c
这种检测方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通常可提供非常准确的电流检测信号，以实现精确的限流和均流。但是，RSENSE也会引起额外的功率损耗和元件成本。为了减少功率损耗和成本，可以利用电感线圈直流电阻（DCR）检测电流，而不使用外部RSENSE。
3 A" {1 h1 j- a4 L1 E3 U( @5 |0 @
放置在升压和反相调节器的高端
对于升压调节器，检测电阻可以与电感串联，以提供高端检测（图4）。

! W5 i/ @  [& {6 y

7 k" G3 ?  N* J- Q) X图4．带高端RSENSE的升压转换器
4 t+ y/ ]. D/ y  B
2 @0 I! q' s* q. U8 O) f& _升压转换器具有连续输入电流，因此会产生三角波形并持续监测电流。

$ l1 t* f$ B; z6 l0 [7 b放置在升压和反相调节器的低端
& B' S: z) l$ H' N" ~% d2 o  |检测电阻也可以放在底部MOSFET的低端，如图5所示。此处监测峰值开关电流（也是峰值电感电流），每半个周期产生一个电流波形。MOSFET开关切换导致电流信号具有很强的开关噪声。

* c6 M. _  }8 k, T

图5．带低端RSENSE的升压转换器
- s: m  h/ W2 m: A3 B3 p
  n8 V7 L" T7 [$ ]; x转换器低端或与电感串联
; M$ r& M  ?/ v图6显示了一个4开关升降压转换器，其检测电阻位于低端。当输入电压远高于输出电压时，转换器工作在降压模式；当输入电压远低于输出电压时，转换器工作在升压模式。在此电路中，检测电阻位于4开关H桥配置的底部。器件的模式（降压模式或升压模式）决定了监测的电流。

图6．RSENSE位于低端的升降压转换器

在降压模式下（开关D一直导通，开关C一直关断），检测电阻监测底部开关B电流，电源用作谷值电流模式降压转换器。

在升压模式下（开关A一直导通，开关B一直关断），检测电阻与底部MOSFET （C）串联，并在电感电流上升时测量峰值电流。在这种模式下，由于不监测谷值电感电流，因此当电源处于轻负载状态时，很难检测负电感电流。负电感电流意味着电能从输出端传回输入端，但由于这种传输会有损耗，故效率会受损。对于电池供电系统等应用，轻负载效率很重要，这种电流检测方法不合需要。

图7电路解决了这个问题，其将检测电阻与电感串联，从而在降压和升压模式下均能连续测量电感电流信号。由于电流检测RSENSE连接到具有高开关噪声的SW1节点，因此需要精心设计控制器IC，使内部电流比较器有足够长的消隐时间。

) e8 [# q& a) x) ~- \# ]图7．LT8390升降压转换器，RSENSE与电感串联
/ W: |+ `$ K/ t0 I: I$ D4 X. i; X
* f. a* H( Z/ C9 u1 u输入端也可以添加额外的检测电阻，以实现输入限流；或者添加在输出端（如下图所示），用于电池充电或驱动LED等恒定输出电流应用。这种情况下需要平均输入或输出电流信号，因此可在电流检测路径中增加一个强RC滤波器，以减少电流检测噪声。
7 J) n; N7 [, Q2 [( B
: ]; P9 E% M2 M上述大多数例子假定电流检测元件为检测电阻。但这不是强制要求，而且实际上往往并非如此。其他检测技术包括使用MOSFET上的压降或电感的直流电阻（DCR）。

MLXG

对于降压调节器，电流检测电阻有多个位置可以放置

faker12

当顶部MOSFET关断且底部MOSFET导通时，它不测量电感电流

muzitongxue

在高端配置中，电流信号可能位于非常大的共模电压之上