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开关模式电源电流检测—— 第三部分：电流检测方法

2018-7-9 09:16:11 3040 电源电流检测

0 开关模式电源有三种常用电流检测方法是：使用检测电阻，使用MOSFET RDS(ON)，以及使用电感的直流电阻(DCR)。每种方法都有优点和缺点，选择检测方法时应予以考虑。检测电阻电流传感作为电流检测元件的检测电阻，产生的检测误差最低（通常在1%和5%之间），温度系数也非常低，约为100 ppm/°C(0.01%)。在性能方面，它提供精度最高的电源，有助于实现极为精确的电源限流功能，并且在多个电源并联时，还有利于实现精密均流。图1. RSENSE电流检测另一方面，因为电源设计中增加了电流检测电阻，所以电阻也会产生额外的功耗。因此，与其他检测技术相比，检测电阻电流监测技术可能有更高的功耗，导致解决方案整体效率有所下降。专用电流检测电阻也可能增加解决方案成本，虽然一个检测电阻的成本通常在0.05美元至0.20美元之间。选择检测电阻时不应忽略的另一个参数是其寄生电感（也称为有效串联电感或ESL）。检测电阻可以用一个电阻与一个有限电感串联来正确模拟。图2. RSENSE ESL模型此电感取决于所选的特定检测电阻。某些类型的电流检测电阻，例如金属板电阻，具有较低的ESL，应优先使用。相比之下，绕线检测电阻由于其封装结构而具有较高的ESL，应避免使用。一般来说，ESL效应会随着电流的增加、检测信号幅度的减小以及布局不合理而变得更加明显。电路的总电感还包括由元件引线和其他电路元件引起的寄生电感。电路的总电感也受到布局的影响，因此必须妥善考虑元件的布局，不恰当的布局可能影响稳定性并加剧现有电路设计问题。检测电阻ESL的影响可能很轻微，也可能很严重。ESL会导致开关栅极驱动器发生明显振荡，从而对开关导通产生不利影响。它还会增加电流检测信号的纹波，导致波形中出现电压阶跃，而不是预期的如图3所示的锯齿波形。这会降低电流检测精度。图3. RSENSE ESL可能会对电流检测产生不利影响为使电阻ESL最小，应避免使用具有长环路（如绕线电阻）或长引线（如厚电阻）的检测电阻。薄型表面贴装器件是首选，例子包括板结构SMD尺寸0805、1206、2010和2512，更好的选择包括倒几何SMD尺寸0612和1225。基于功率MOSFET的电流检测利用MOSFET RDS(ON)进行电流检测，可以实现简单且经济高效的电流检测。LTC3878是一款采用这种方法的器件。它使用恒定导通时间谷值模式电流检测架构。顶部开关导通固定的时间，此后底部开关导通，其RDS压降用于检测电流谷值或电流下限。图4. MOSFET RDS(ON)电流检测虽然价格低廉，但这种方法有一些缺点。首先，其精度不高，RDS(ON)值可能在很大的范围内变化（大约33%或更多）。其温度系数可能也非常大，在100°C以上时甚至会超过80%。另外，如果使用外部MOSFET，则必须考虑MOSFET寄生封装电感。这种类型的检测不建议用于电流非常高的情况，特别是不适合多相电路，此类电路需要良好的相位均流。电感DCR电流检测电感直流电阻电流检测采用电感绕组的寄生电阻来测量电流，从而无需检测电阻。这样可降低元件成本，提高电源效率。与MOSFET RDS(ON)相比，铜线绕组的电感DCR的器件间偏差通常较小，不过仍然会随温度而变化。它在低输出电压应用中受到青睐，因为检测电阻上的任何压降都代表输出电压的一个相当大部分。将一个RC网络与电感和寄生电阻的串联组合并联，检测电压在电容C1上测量（图5）。图5. 电感DCR电流检测通过选择适当的元件(R1 × C1 = L/DCR)，电容C1两端的电压将与电感电流成正比。为了最大限度地减少测量误差和噪声，最好选择较低的R1值。电路不直接测量电感电流，因此无法检测电感饱和。推荐使用软饱和的电感，如粉芯电感。与同等铁芯电感相比，此类电感的磁芯损耗通常较高。与RSENSE方法相比，电感DCR检测不存在检测电阻的功率损耗，但可能会增加电感的磁芯损耗。使用RSENSE和DCR两种检测方法时，由于检测信号较小，故均需要开尔文检测。必须让开尔文检测痕迹（图5中的SENSE+和SENSE-）远离高噪声覆铜区和其他信号痕迹，以将噪声提取降至最低，这点很重要。某些器件（如LTC3855）具有温度补偿DCR检测功能，可提高整个温度范围内的精度。表1. 电流检测方法的优缺点表1总结了不同类型的电流检测方法及其优缺点。表1中提到的每种方法都为开关模式电源提供额外的保护。取决于设计要求，精度、效率、热应力、保护和瞬态性能方面的权衡都可能影响选择过程。电源设计人员需要审慎选择电流检测方法和功率电感，并正确设计电流检测网络。ADI公司的LTpowerCAD设计工具和LTspice®电路仿真工具等计算机软件程序，对简化设计工作并获得最佳结果会大有帮助。其他电流检测方法还有其他电流检测方法可供使用。例如，电流检测互感器常常与隔离电源一起使用，以跨越隔离栅对电流信号信息提供保护。这种方法通常比上述三种技术更昂贵。此外，近年来集成栅极驱动器(DrMOS)和电流检测的新型功率MOSFET也已出现，但到目前为止，还没有足够的数据来推断DrMOS在检测信号的精度和质量方面表现如何。软件 LTspice LTspice软件是一款强大、快速、免费的仿真工具、原理图采集和波形查看器，具有增强功能和模型，可改善开关稳压器的仿真。点击此处下载LTspice。 LTpowerCAD LTpowerCAD设计工具是一款完整的电源设计工具程序，可显著简化电源设计任务。它引导用户寻找解决方案，选择功率级元件，提供详细效率信息，显示快速环路波特图稳定性和负载瞬态分析，并可将最终设计导出至LTspice进行仿真。点击此处下载LTpowerCAD。作者简介 Henry Zhang是ADI公司电源产品应用工程总监。他于2001年加入凌力尔特（现为ADI公司一部分），担任电源应用工程师，开始其职业生涯。他于2004年成为应用部门主管，并于2008年成为应用工程经理。他的团队支持广泛的产品和应用，从小尺寸集成功率模块到大型kW级高功率、高电压转换器。除了支持电源应用和新产品开发以外，他的团队还开发了LTpowerCAD电源设计工具程序。 Henry对电源管理解决方案和模拟电路有着广泛的兴趣。他发表了20多篇技术文章，发布了许多研讨会和视频，并有10多项电源专利已获授权或在申请中。 Henry毕业于弗吉尼亚理工学院和弗吉尼亚州布莱克斯堡州立大学，获得电气工程硕士和博士学位。 Kevin Scott是ADI公司电源产品部门的产品营销经理，负责管理升压、升降压和隔离转换器、LED驱动器和线性稳压器。他曾担任高级战略营销工程师，负责制定技术培训内容，培训销售工程师，并撰写了大量关于公司众多产品技术优势的网站文章。他在半导体行业已有 26 年从业经验，历任应用、业务管理和营销职务。 Kevin于1987年毕业于美国斯坦福大学，获得电气工程学士学位。相关阅读：开关模式电源电流检测—— 第一部分：基本知识开关模式电源电流检测—— 第二部分：何处放置检测电阻 1
2018-7-9 09:16:11　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 开关模式电源电流检测——第三部分：电流检测方法 2078 • 开关模式电源电流检测——第三部分：电流检测方法 3222 • 第三部分数控加工工艺 2 • ∑-ΔADC(第三部分):新诀窍 2021 • 开关电源设计(第3版)第三部分 0 • SensorTile.box第三部分:编程模式(Pro mode)介绍 0 • 开关模式电源电流检测—— 第二部分：何处放置检测电阻 4070 • 开关模式电源电流检测第二部分：何处放置检测电阻 2 • 伺服电机控制的无线电灯开关-第三部分 797 • 开关模式电源电流检测——第二部分：何处放置检测电阻 2070 2 个讨论