電源檢測可大大避免經(jīng)常性錯誤，檢測開(kāi)關(guān)電源電流對于電路穩定性有著(zhù)重要的意義，目前生活中應用非常廣泛，涉及到的安全問(wèn)題也應當引起重視，并且多是“開(kāi)關(guān)電源電流影響著(zhù)這個(gè)電源線(xiàn)路穩定性”　接下來(lái)針對電源電流檢測作一詳細解說(shuō)　

基本知識談

電流模式控制由于其高可靠性、環(huán)路補償設計簡(jiǎn)單、負載分配功能簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，被廣泛用于開(kāi)關(guān)模式電源。電流檢測信號是電流模式開(kāi)關(guān)模式電源設計的重要組成部分，它用于調節輸出并提供過(guò)流保護。

最初，峰值電感電流由選定的電感值、電源開(kāi)關(guān)導通時(shí)間、電路的輸入和輸出電壓以及負載電流設置。當電路短路時(shí)，電感電流迅速上升，直至達到限流點(diǎn)，即 RS × IINDUCTOR (IL)等于最大電流檢測電壓，以保護器件和下游電路。然后，內置電流折返限制進(jìn)一步降低電感電流，以將熱應力降至最低?！　?/p>

電流檢測還有其他作用。在多相電源設計中，利用它能實(shí)現精確均流。對于輕負載電源設計，它可以防止電流反向流動(dòng)，從而提高效率（反向電流指反向流過(guò)電感的電流，即從輸出到輸入的電流，這在某些應用中可能不合需要，甚至具破壞性）。另外，當多相應用的負載較小時(shí)，電流檢測可用來(lái)減少所需的相數，從而提高電路效率。對于需要電流源的負載，電流檢測可將電源轉換為恒流源，以用于LED驅動(dòng)、電池充電和驅動(dòng)激光等應用。

檢測電阻放哪最合適？　　

電流檢測電阻的位置連同開(kāi)關(guān)穩壓器架構決定了要檢測的電流。檢測的電流包括峰值電感電流、谷值電感電流（連續導通模式下電感電流的最小值）和平均輸出流。檢測電阻的位置會(huì )影響功率損耗、噪聲計算以及檢測電阻監控電路看到的共模電壓。

放置在降壓調節器高端

對于降壓調節器，電流檢測電阻有多個(gè)位置可以放置。當放置在頂部MOSFET的高端時(shí)（如圖1所示），它會(huì )在頂部MOSFET 導通時(shí)檢測峰值電感電流，從而可用于峰值電流模式控制電源。但是，當頂部MOSFET關(guān)斷且底部MOSFET導通時(shí)，它不測量電感電流。

　　圖1. 帶高端RSENSE的降壓轉換器

在這種配置中，電流檢測可能有很高的噪聲，原因是頂部 MOSFET的導通邊沿具有很強的開(kāi)關(guān)電壓振蕩。為使這種影響最小，需要一個(gè)較長(cháng)的電流比較器消隱時(shí)間（比較器忽略輸入的時(shí)間）。這會(huì )限制最小開(kāi)關(guān)導通時(shí)間，并且可能限制最小占空比（占空比 = VOUT/VIN）和最大轉換器降壓比。注意在高端配置中，電流信號可能位于非常大的共模電壓(VIN)之上。

放置在降壓調節器低端

圖2中，檢測電阻位于底部MOSFET下方。在這種配置中，它檢測谷值模式電流。為了進(jìn)一步降低功率損耗并節省元件成本，底部FET RDS(ON)可用來(lái)檢測電流，而不必使用外部電流檢測電阻RSENSE。

　　圖2. 帶低端RSENSE的降壓轉換器

這種配置通常用于谷值模式控制的電源。它對噪聲可能也很敏感，但在這種情況下，它在占空比較大時(shí)很敏感。谷值模式控制的降壓轉換器支持高降壓比，但由于其開(kāi)關(guān)導通時(shí)間是固定/ 受控的，故最大占空比有限。

降壓調節器與電感串聯(lián)

圖3中，電流檢測電阻RSENSE與電感串聯(lián)，因此可以檢測連續電感電流，此電流可用于監測平均電流以及峰值或谷值電流。所以，此配置支持峰值、谷值或平均電流模式控制。

　　圖3. RSENSE與電感串聯(lián)

這種檢測方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通?？商峁┓浅蚀_的電流檢測信號，以實(shí)現精確的限流和均流。但是，RSENSE也會(huì )引起額外的功率損耗和元件成本。為了減少功率損耗和成本，可以利用電感線(xiàn)圈直流電阻(DCR)檢測電流，而不使用外部RSENSE。

放置在升壓和反相調節器的高端

對于升壓調節器，檢測電阻可以與電感串聯(lián)，以提供高端檢測 （圖4）。

　　圖4. 帶高端RSENSE的升壓轉換器

升壓轉換器具有連續輸入電流，因此會(huì )產(chǎn)生三角波形并持續監測電流。

放置在升壓和反相調節器的低端

檢測電阻也可以放在底部MOSFET的低端，如圖5所示。此處監測峰值開(kāi)關(guān)電流（也是峰值電感電流），每半個(gè)周期產(chǎn)生一個(gè)電流波形。MOSFET開(kāi)關(guān)切換導致電流信號具有很強的開(kāi)關(guān)噪聲。

　　圖5. 帶低端RSENSE的升壓轉換器

SENSE電阻放置在升降壓轉換器低端或與電感串聯(lián)

圖6顯示了一個(gè)4開(kāi)關(guān)升降壓轉換器，其檢測電阻位于低端。當輸入電壓遠高于輸出電壓時(shí)，轉換器工作在降壓模式；當輸入電壓遠低于輸出電壓時(shí)，轉換器工作在升壓模式。在此電路中，檢測電阻位于4開(kāi)關(guān)H橋配置的底部。器件的模式（降壓模式或升壓模式）決定了監測的電流。

　　圖6. 帶低端RSENSE的升壓轉換器

在降壓模式下（開(kāi)關(guān)D一直導通，開(kāi)關(guān)C一直關(guān)斷），檢測電阻監測底部開(kāi)關(guān)B電流，電源用作谷值電流模式降壓轉換器。

在升壓模式下（開(kāi)關(guān)A一直導通，開(kāi)關(guān)B一直關(guān)斷），檢測電阻與底部MOSFET (C)串聯(lián)，并在電感電流上升時(shí)測量峰值電流。在這種模式下，由于不監測谷值電感電流，因此當電源處于輕負載狀態(tài)時(shí)，很難檢測負電感電流。負電感電流意味著(zhù)電能從輸出端傳回輸入端，但由于這種傳輸會(huì )有損耗，故效率會(huì )受損。對于電池供電系統等應用，輕負載效率很重要，這種電流檢測方法不合需要。

圖7電路解決了這個(gè)問(wèn)題，其將檢測電阻與電感串聯(lián)，從而在降壓和升壓模式下均能連續測量電感電流信號。由于電流檢測 RSENSE連接到具有高開(kāi)關(guān)噪聲的SW1節點(diǎn)，因此需要精心設計控制器IC，使內部電流比較器有足夠長(cháng)的消隱時(shí)間。

　　圖7. LT8390升降壓轉換器，RSENSE與電感串聯(lián)

輸入端也可以添加額外的檢測電阻，以實(shí)現輸入限流；或者添加在輸出端，用于電池充電或驅動(dòng)LED等恒定輸出電流應用。這種情況下需要平均輸入或輸出電流信號，因此可在電流檢測路徑中增加一個(gè)強RC濾波器，以減少電流檢測噪聲。

電流檢測方法使用說(shuō)明書(shū)

開(kāi)關(guān)模式電源有三種常用電流檢測方法是：使用檢測電阻，使用MOSFET RDS(ON)，以及使用電感的直流電阻(DCR)。每種方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，選擇檢測方法時(shí)應予以考慮。

檢測電阻電流傳感

作為電流檢測元件的檢測電阻，產(chǎn)生的檢測誤差最低（通常在1%和5%之間），溫度系數也非常低，約為100 ppm/°C (0.01%)。在性能方面，它提供精度最高的電源，有助于實(shí)現極為精確的電源限流功能，并且在多個(gè)電源并聯(lián)時(shí)，還有利于實(shí)現精密均流?！　?/p>

另一方面，因為電源設計中增加了電流檢測電阻，所以電阻也會(huì )產(chǎn)生額外的功耗。因此，與其他檢測技術(shù)相比，檢測電阻電流監測技術(shù)可能有更高的功耗，導致解決方案整體效率有所下降。專(zhuān)用電流檢測電阻也可能增加解決方案成本，雖然一個(gè)檢測電阻的成本通常在0.05美元至0.20美元之間。

選擇檢測電阻時(shí)不應忽略的另一個(gè)參數是其寄生電感（也稱(chēng)為有效串聯(lián)電感或ESL）。檢測電阻可以用一個(gè)電阻與一個(gè)有限電感串聯(lián)來(lái)正確模擬?！　?/p>

此電感取決于所選的特定檢測電阻。某些類(lèi)型的電流檢測電阻，例如金屬板電阻，具有較低的ESL，應優(yōu)先使用。相比之下，繞線(xiàn)檢測電阻由于其封裝結構而具有較高的ESL，應避免使用。一般來(lái)說(shuō)，ESL效應會(huì )隨著(zhù)電流的增加、檢測信號幅度的減小以及布局不合理而變得更加明顯。電路的總電感還包括由元件引線(xiàn)和其他電路元件引起的寄生電感。電路的總電感也受到布局的影響，因此必須妥善考慮元件的布局，不恰當的布局可能影響穩定性并加劇現有電路設計問(wèn)題。

檢測電阻ESL的影響可能很輕微，也可能很?chē)乐?。ESL會(huì )導致開(kāi)關(guān)柵極驅動(dòng)器發(fā)生明顯振蕩，從而對開(kāi)關(guān)導通產(chǎn)生不利影響。它還會(huì )增加電流檢測信號的紋波，導致波形中出現電壓階躍，而不是預期的鋸齒波形。這會(huì )降低電流檢測精度。

為使電阻ESL最小，應避免使用具有長(cháng)環(huán)路（如繞線(xiàn)電阻）或長(cháng)引線(xiàn)（如厚電阻）的檢測電阻。薄型表面貼裝器件是首選，例子包括板結構SMD尺寸0805、1206、2010和2512，更好的選擇包括倒幾何SMD尺寸0612和1225。

基于功率MOSFET的電流檢測

利用MOSFET RDS(ON)進(jìn)行電流檢測，可以實(shí)現簡(jiǎn)單且經(jīng)濟高效的電流檢測。LTC3878是一款采用這種方法的器件。它使用恒定導通時(shí)間谷值模式電流檢測架構。頂部開(kāi)關(guān)導通固定的時(shí)間，此后底部開(kāi)關(guān)導通，其RDS壓降用于檢測電流谷值或電流下限。

雖然價(jià)格低廉，但這種方法有一些缺點(diǎn)。首先，其精度不高， RDS(ON)值可能在很大的范圍內變化（大約33%或更多）。其溫度系數可能也非常大，在100°C以上時(shí)甚至會(huì )超過(guò)80%。另外，如果使用外部MOSFET，則必須考慮MOSFET寄生封裝電感。這種類(lèi)型的檢測不建議用于電流非常高的情況，特別是不適合多相電路，此類(lèi)電路需要良好的相位均流。

電感DCR電流檢測

電感直流電阻電流檢測采用電感繞組的寄生電阻來(lái)測量電流，從而無(wú)需檢測電阻。這樣可降低元件成本，提高電源效率。與MOSFET RDS(ON)相比，銅線(xiàn)繞組的電感DCR的器件間偏差通常較小，不過(guò)仍然會(huì )隨溫度而變化。它在低輸出電壓應用中受到青睞，因為檢測電阻上的任何壓降都代表輸出電壓的一個(gè)相當大部分。將一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò )與電感和寄生電阻的串聯(lián)組合并聯(lián)，檢測電壓在電容C1上測量（圖8）。

　　圖8. 電感DCR電流檢測

通過(guò)選擇適當的元件(R1 × C1 = L/DCR)，電容C1兩端的電壓將與電感電流成正比。為了最大限度地減少測量誤差和噪聲，最好選擇較低的R1值。

電路不直接測量電感電流，因此無(wú)法檢測電感飽和。推薦使用軟飽和的電感，如粉芯電感。與同等鐵芯電感相比，此類(lèi)電感的磁芯損耗通常較高。與RSENSE方法相比，電感DCR檢測不存在檢測電阻的功率損耗，但可能會(huì )增加電感的磁芯損耗。

使用RSENSE和DCR兩種檢測方法時(shí)，由于檢測信號較小，故均需要開(kāi)爾文檢測。必須讓開(kāi)爾文檢測痕跡遠離高噪聲覆銅區和其他信號痕跡，以將噪聲提取降至最低，這點(diǎn)很重要。某些器件（如LTC3855）具有溫度補償DCR檢測功能，可提高整個(gè)溫度范圍內的精度。

　　表1. 電流檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)

表1中提到的每種方法都為開(kāi)關(guān)模式電源提供額外的保護。取決于設計要求，精度、效率、熱應力、保護和瞬態(tài)性能方面的權衡都可能影響選擇過(guò)程。電源設計人員需要審慎選擇電流檢測方法和功率電感，并正確設計電流檢測網(wǎng)絡(luò )。ADI公司的LTpowerCAD設計工具和LTspice?電路仿真工具等計算機軟件程序，對簡(jiǎn)化設計工作并獲得最佳結果會(huì )大有幫助。

其他電流檢測方法

還有其他電流檢測方法可供使用。例如，電流檢測互感器常常與隔離電源一起使用，以跨越隔離柵對電流信號信息提供保護。這種方法通常比上述三種技術(shù)更昂貴。此外，近年來(lái)集成柵極驅動(dòng)器(DrMOS)和電流檢測的新型功率MOSFET也已出現，但到目前為止，還沒(méi)有足夠的數據來(lái)推斷DrMOS在檢測信號的精度和質(zhì)量方面表現如何。