放置在降壓調(diào)節(jié)器高端

 

對(duì)于降壓調(diào)節(jié)器，電流檢測(cè)電阻有多個(gè)位置可以放置。當(dāng)放置在頂部MOSFET的高端時(shí)（如圖1所示），它會(huì)在頂部MOSFET導(dǎo)通時(shí)檢測(cè)峰值電感電流，從而可用于峰值電流模式控制電源。但是，當(dāng)頂部MOSFET關(guān)斷且底部MOSFET導(dǎo)通時(shí)，它不測(cè)量電感電流。

 

圖1.帶高端RSENSE的降壓轉(zhuǎn)換器

 

在這種配置中，電流檢測(cè)可能有很高的噪聲，原因是頂部MOSFET的導(dǎo)通邊沿具有很強(qiáng)的開關(guān)電壓振蕩。為使這種影響最小，需要一個(gè)較長(zhǎng)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)限制最小開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，并且可能限制最小占空比（占空比 = VOUT/VIN）和最大轉(zhuǎn)換器降壓比。注意在高端配置中，電流信號(hào)可能位于非常大的共模電壓(VIN)之上。

放置在降壓調(diào)節(jié)器低端

 

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

 

圖2.帶低端RSENSE的降壓轉(zhuǎn)換器

 

這種配置通常用于谷值模式控制的電源。它對(duì)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(zhuǎn)換器支持高降壓比，但由于其開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間是固定/受控的，故最大占空比有限。

 

降壓調(diào)節(jié)器與電感串聯(lián)

 

圖3中，電流檢測(cè)電阻RSENSE與電感串聯(lián)，因此可以檢測(cè)連續(xù)電感電流，此電流可用于監(jiān)測(cè)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(cè)方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通?？商峁┓浅?zhǔn)確的電流檢測(cè)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)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，可以利用電感線圈直流電阻(DCR)檢測(cè)電流，而不使用外部RSENSE。
 

放置在升壓和反相調(diào)節(jié)器的高端

 

對(duì)于升壓調(diào)節(jié)器，檢測(cè)電阻可以與電感串聯(lián)，以提供高端檢測(cè)（圖4）。

 

圖4.帶高端RSENSE的升壓轉(zhuǎn)換器

 

升壓轉(zhuǎn)換器具有連續(xù)輸入電流，因此會(huì)產(chǎn)生三角波形并持續(xù)監(jiān)測(cè)電流。

 

放置在升壓和反相調(diào)節(jié)器的低端

 

檢測(cè)電阻也可以放在底部MOSFET的低端，如圖5所示。此處監(jiān)測(cè)峰值開關(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開關(guān)切換導(dǎo)致電流信號(hào)具有很強(qiáng)的開關(guān)噪聲。

 

圖5.帶低端RSENSE的升壓轉(zhuǎn)換器

 

SENSE電阻放置在升降壓轉(zhuǎn)換器低端或與電感串聯(lián)

 

圖6顯示了一個(gè)4開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器，其檢測(cè)電阻位于低端。當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)高于輸出電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換器工作在降壓模式；當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)低于輸出電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換器工作在升壓模式。在此電路中，檢測(cè)電阻位于4開關(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(jiān)測(cè)的電流。

 

圖6.RSENSE位于低端的升降壓轉(zhuǎn)換器

 

在降壓模式下（開關(guān)D一直導(dǎo)通，開關(guān)C一直關(guān)斷），檢測(cè)電阻監(jiān)測(cè)底部開關(guān)B電流，電源用作谷值電流模式降壓轉(zhuǎn)換器。

 

在升壓模式下（開關(guān)A一直導(dǎo)通，開關(guān)B一直關(guān)斷），檢測(cè)電阻與底部MOSFET (C)串聯(lián)，并在電感電流上升時(shí)測(cè)量峰值電流。在這種模式下，由于不監(jiān)測(cè)谷值電感電流，因此當(dāng)電源處于輕負(fù)載狀態(tài)時(shí)，很難檢測(cè)負(fù)電感電流。負(fù)電感電流意味著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(duì)于電池供電系統(tǒng)等應(yīng)用，輕負(fù)載效率很重要，這種電流檢測(cè)方法不合需要。

 

圖7電路解決了這個(gè)問題，其將檢測(cè)電阻與電感串聯(lián)，從而在降壓和升壓模式下均能連續(xù)測(cè)量電感電流信號(hào)。由于電流檢測(cè)RSENSE連接到具有高開關(guān)噪聲的SW1節(jié)點(diǎn)，因此需要精心設(shè)計(jì)控制器IC，使內(nèi)部電流比較器有足夠長(zhǎng)的消隱時(shí)間。

 

圖7.LT8390升降壓轉(zhuǎn)換器，RSENSE與電感串聯(lián)

 

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

 

上述大多數(shù)例子假定電流檢測(cè)元件為檢測(cè)電阻。但這不是強(qiáng)制要求，而且實(shí)際上往往并非如此。其他檢測(cè)技術(shù)包括使用MOSFET上的壓降或電感的直流電阻(DCR)。這些電流檢測(cè)方法在第三部分“電流檢測(cè)方法”中介紹。

 

軟件

 

LTspice

 

LTspice®軟件是一款強(qiáng)大、快速、免費(fèi)的仿真工具、原理圖采集和波形查看器，具有增強(qiáng)功能和模型，可改善開關(guān)穩(wěn)壓器的仿真。

 

LTpowerCAD

 

LTpowerCAD設(shè)計(jì)工具是一款完整的電源設(shè)計(jì)工具程序，可顯著簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)任務(wù)。它引導(dǎo)用戶尋找解決方案，選擇功率級(jí)元件，提供詳細(xì)效率信息，顯示快速環(huán)路波特圖穩(wěn)定性和負(fù)載瞬態(tài)分析，并可將最終設(shè)計(jì)導(dǎo)出至LTspice進(jìn)行仿真。

 

作者簡(jiǎn)介

 

Henry Zhang是ADI公司電源產(chǎn)品應(yīng)用工程總監(jiān)。他于2001年加入凌力爾特（現(xiàn)為ADI公司一部分），擔(dān)任電源應(yīng)用工程師，開始其職業(yè)生涯。他于2004年成為應(yīng)用部門主管，并于2008年成為應(yīng)用工程經(jīng)理。他的團(tuán)隊(duì)支持廣泛的產(chǎn)品和應(yīng)用，從小尺寸集成功率模塊到大型kW級(jí)高功率、高電壓轉(zhuǎn)換器。除了支持電源應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)以外，他的團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了LTpowerCAD電源設(shè)計(jì)工具程序。Henry對(duì)電源管理解決方案和模擬電路有著廣泛的興趣。他發(fā)表了20多篇技術(shù)文章，發(fā)布了許多研討會(huì)和視頻，并有10多項(xiàng)電源專利已獲授權(quán)或在申請(qǐng)中。

 

Henry畢業(yè)于弗吉尼亞理工學(xué)院和弗吉尼亞州布萊克斯堡州立大學(xué)，獲得電氣工程碩士和博士學(xué)位。聯(lián)系方式：henry.zhang@analog.com。

 

Kevin Scott是ADI公司電源產(chǎn)品部門的產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理，負(fù)責(zé)管理升壓、升降壓和隔離轉(zhuǎn)換器、LED驅(qū)動(dòng)器和線性穩(wěn)壓器。他曾擔(dān)任高級(jí)戰(zhàn)略營(yíng)銷工程師，負(fù)責(zé)制定技術(shù)培訓(xùn)內(nèi)容，培訓(xùn)銷售工程師，并撰寫了大量關(guān)于公司眾多產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)站文章。他在半導(dǎo)體行業(yè)已有 26 年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，歷任應(yīng)用、業(yè)務(wù)管理和營(yíng)銷職務(wù)。

 

Kevin于1987年畢業(yè)于美國(guó)斯坦福大學(xué)，獲得電氣工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式：kevin.scott@analog.com。

 

 

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