檢測電阻電流

 

作為電流檢測元件的檢測電阻，產生的檢測誤差最低（通常在1%和5%之間），溫度係數也非常低，約為100 ppm/°C (0.01%)。在性能方麵，它提供精度最高的電源，有助於實現極為精確的電源限流功能，並且在多個電源並聯時，還有利於實現精密均流。

 

圖1.RSENSE電流檢測

 

另ling一yi方fang麵mian
，因yin為wei電dian源yuan設she計ji中zhong增zeng加jia了le電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu，所suo以yi電dian阻zu也ye會hui產chan生sheng額e外wai的de功gong耗hao。因yin此ci，與yu其qi他ta檢jian測ce技ji術shu相xiang比bi

，檢jian測ce電dian阻zu電dian流liu監jian測ce技ji術shu可ke能neng有you更geng高gao的de功gong耗hao
，導dao致zhi解jie決jue方fang案an整zheng體ti效xiao率lv有you所suo下xia降jiang。專zhuan用yong電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu也ye可ke能neng增zeng加jia解jie決jue方fang案an成cheng本ben，雖sui然ran一yi個ge檢jian測ce電dian阻zu的de成cheng本ben通tong常chang在zai0.05美元至0.20美元之間。

 

選擇檢測電阻時不應忽略的另一個參數是其寄生電感（也稱為有效串聯電感或ESL）。檢測電阻可以用一個電阻與一個有限電感串聯來正確模擬。

 

圖2.RSENSE ESL模型

 

此電感取決於所選的特定檢測電阻。某些類型的電流檢測電阻，例如金屬板電阻
，具有較低的ESL
，應優先使用。相比之下，繞線檢測電阻由於其封裝結構而具有較高的ESL，應避免使用。一般來說，ESL效應會隨著電流的增加、檢jian測ce信xin號hao幅fu度du的de減jian小xiao以yi及ji布bu局ju不bu合he理li而er變bian得de更geng加jia明ming顯xian。電dian路lu的de總zong電dian感gan還hai包bao括kuo由you元yuan件jian引yin線xian和he其qi他ta電dian路lu元yuan件jian引yin起qi的de寄ji生sheng電dian感gan。電dian路lu的de總zong電dian感gan也ye受shou到dao布bu局ju的de影ying響xiang
，因yin此ci必bi須xu妥tuo善shan考kao慮lv元yuan件jian的de布bu局ju，不bu恰qia當dang的de布bu局ju可ke能neng影ying響xiang穩wen定ding性xing並bing加jia劇ju現xian有you電dian路lu設she計ji問wen題ti。

 

檢測電阻ESL的影響可能很輕微，也可能很嚴重。ESL會hui導dao致zhi開kai關guan柵zha極ji驅qu動dong器qi發fa生sheng明ming顯xian振zhen蕩dang
，從cong而er對dui開kai關guan導dao通tong產chan生sheng不bu利li影ying響xiang。它ta還hai會hui增zeng加jia電dian流liu檢jian測ce信xin號hao的de紋wen波bo，導dao致zhi波bo形xing中zhong出chu現xian電dian壓ya階jie躍yue，而er不bu是shi預yu期qi的de如ru圖tu3所示的鋸齒波形。這會降低電流檢測精度。

 

圖3.RSENSE ESL可能會對電流檢測產生不利影響。

 

為使電阻ESL最小
，應避免使用具有長環路（如繞線電阻）或長引線（如厚電阻）的檢測電阻。薄型表麵貼裝器件是首選
，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。

 

基於功率MOSFET的電流檢測

 

利用MOSFET RDS(ON)進行電流檢測，可以實現簡單且經濟高效的電流檢測。LTC3878是一款采用這種方法的器件。它使用恒定導通時間穀值模式電流檢測架構。頂部開關導通固定的時間，此後底部開關導通，其RDS壓降用於檢測電流穀值或電流下限。

 

 

圖4.MOSFET RDS(ON)電流檢測

 

雖然價格低廉，但這種方法有一些缺點。首先，其精度不高，RDS(ON)值可能在很大的範圍內變化（大約33%或更多）。其溫度係數可能也非常大，在100°C以上時甚至會超過80%。另外，如果使用外部MOSFET，則必須考慮MOSFET寄生封裝電感。這種類型的檢測不建議用於電流非常高的情況
，特別是不適合多相電路
，此類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測量電流，從而無需檢測電阻。這樣可降低元件成本
，提高電源效率。與MOSFET RDS(ON)相比
，銅線繞組的電感DCRdeqijianjianpianchatongchangjiaoxiao
，buguorengranhuisuiwenduerbianhua。tazaidishuchudianyayingyongzhongshoudaoqinglai
，yinweijiancedianzushangderenheyajiangdoudaibiaoshuchudianyadeyigexiangdangdabufen。jiangyigeRC網絡與電感和寄生電阻的串聯組合並聯，檢測電壓在電容C1上測量（圖5）。

 

圖5.電感DCR電流檢測

 

通過選擇適當的元件(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。

 

dianlubuzhijieceliangdiangandianliu，yinciwufajiancedianganbaohe。tuijianshiyongruanbaohedediangan，rufenxindiangan。yutongdengtiexindianganxiangbi，cileidiangandecixinsunhaotongchangjiaogao。yuRSENSE方法相比，電感DCR檢測不存在檢測電阻的功率損耗，但可能會增加電感的磁芯損耗。

 

使用RSENSE和DCR兩種檢測方法時，由於檢測信號較小
，故均需要開爾文檢測。必須讓開爾文檢測痕跡（圖5中的SENSE+和SENSE-）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，可提高整個溫度範圍內的精度。

 

表1總結了不同類型的電流檢測方法及其優缺點。

 

表1.電流檢測方法的優缺點

 

表1中提到的每種方法都為開關模式電源提供額外的保護。取決於設計要求，精度
、效率
、熱應力
、保護和瞬態性能方麵的權衡都可能影響選擇過程。電源設計人員需要審慎選擇電流檢測方法和功率電感
，並正確設計電流檢測網絡。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
，對簡化設計工作並獲得最佳結果會大有幫助。

 

其他電流檢測方法

 

還(hai)有(you)其(qi)他(ta)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)可(ke)供(gong)使(shi)用(yong)。例(li)如(ru)，電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)互(hu)感(gan)器(qi)常(chang)常(chang)與(yu)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)

，以(yi)跨(kua)越(yue)隔(ge)離(li)柵(zha)對(dui)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)信(xin)息(xi)提(ti)供(gong)保(bao)護(hu)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)通(tong)常(chang)比(bi)上(shang)述(shu)三(san)種(zhong)技(ji)術(shu)更(geng)昂(ang)貴(gui)。此(ci)外(wai)，近(jin)年(nian)來(lai)集(ji)成(cheng)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)(DrMOS)和電流檢測的新型功率MOSFET也已出現
，但到目前為止，還沒有足夠的數據來推斷DrMOS在檢測信號的精度和質量方麵表現如何。

 

軟件

 

LTspice

 

LTspice軟件是一款強大、快速、免費的仿真工具、原理圖采集和波形查看器
，具有增強功能和模型
，可改善開關穩壓器的仿真。點擊此處下載LTspice。

 

LTpowerCAD

 

LTpowerCAD設(she)計(ji)工(gong)具(ju)是(shi)一(yi)款(kuan)完(wan)整(zheng)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)工(gong)具(ju)程(cheng)序(xu)，可(ke)顯(xian)著(zhu)簡(jian)化(hua)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)任(ren)務(wu)。它(ta)引(yin)導(dao)用(yong)戶(hu)尋(xun)找(zhao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，選(xuan)擇(ze)功(gong)率(lv)級(ji)元(yuan)件(jian)，提(ti)供(gong)詳(xiang)細(xi)效(xiao)率(lv)信(xin)息(xi)，顯(xian)示(shi)快(kuai)速(su)環(huan)路(lu)波(bo)特(te)圖(tu)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)負(fu)載(zai)瞬(shun)態(tai)分(fen)析(xi)，並(bing)可(ke)將(jiang)最(zui)終(zhong)設(she)計(ji)導(dao)出(chu)至(zhi)LTspice進行仿真。點擊此處下載LTpowerCAD。

 

作者簡介

 

Henry Zhang是ADI公司電源產品應用工程總監。他於2001年加入淩力爾特（現為ADI公司一部分），擔任電源應用工程師，開始其職業生涯。他於2004年成為應用部門主管，並於2008年成為應用工程經理。他的團隊支持廣泛的產品和應用，從小尺寸集成功率模塊到大型kW級高功率

、高電壓轉換器。除了支持電源應用和新產品開發以外，他的團隊還開發了LTpowerCAD電源設計工具程序。Henry對電源管理解決方案和模擬電路有著廣泛的興趣。他發表了20多篇技術文章，發布了許多研討會和視頻
，並有10多項電源專利已獲授權或在申請中。

 

Henry畢業於弗吉尼亞理工學院和弗吉尼亞州布萊克斯堡州立大學
，獲得電氣工程碩士和博士學位。聯係方式：.

 

Kevin Scott是ADI公司電源產品部門的產品營銷經理，負責管理升壓、升降壓和隔離轉換器、LEDqudongqihexianxingwenyaqi。tazengdanrengaojizhanlveyingxiaogongchengshi，fuzezhidingjishupeixunneirong，peixunxiaoshougongchengshi，bingzhuanxieledaliangguanyugongsizhongduochanpinjishuyoushidewangzhanwenzhang。tazaibandaotixingyeyiyou 26 年從業經驗，曆任應用、業務管理和營銷職務。

Kevin於1987年畢業於美國斯坦福大學
，獲得電氣工程學士學位。聯係方式：.

 

 

推薦閱讀：