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(zai)0.05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。ESLhuidaozhikaiguanzhajiqudongqifashengmingxianzhendang，congerduikaiguandaotongchanshengbuliyingxiang。tahaihuizengjiadianliujiancexinhaodewenbo
，daozhiboxingzhongchuxiandianyajieyue，erbushiyuqiderutu3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DCR的de器qi件jian間jian偏pian差cha通tong常chang較jiao小xiao，不bu過guo仍reng然ran會hui隨sui溫wen度du而er變bian化hua。它ta在zai低di輸shu出chu電dian壓ya應ying用yong中zhong受shou到dao青qing睞lai
，因yin為wei檢jian測ce電dian阻zu上shang的de任ren何he壓ya降jiang都dou代dai表biao輸shu出chu電dian壓ya的de一yi個ge相xiang當dang大da部bu分fen。將jiang一yi個geRC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。

 

電dian路lu不bu直zhi接jie測ce量liang電dian感gan電dian流liu

，因yin此ci無wu法fa檢jian測ce電dian感gan飽bao和he。推tui薦jian使shi用yong軟ruan飽bao和he的de電dian感gan
，如ru粉fen芯xin電dian感gan。與yu同tong等deng鐵tie芯xin電dian感gan相xiang比bi，此ci類lei電dian感gan的de磁ci芯xin損sun耗hao通tong常chang較jiao高gao。與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

 

LTpowerCADshejigongjushiyikuanwanzhengdedianyuanshejigongjuchengxu，kexianzhujianhuadianyuanshejirenwu。tayindaoyonghuxunzhaojiejuefangan
，xuanzegonglvjiyuanjian
，tigongxiangxixiaolvxinxi，xianshikuaisuhuanlubotetuwendingxinghefuzaishuntaifenxi
，bingkejiangzuizhongshejidaochuzhiLTspice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、LED驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)。他(ta)曾(zeng)擔(dan)任(ren)高(gao)級(ji)戰(zhan)略(lve)營(ying)銷(xiao)工(gong)程(cheng)師(shi)，負(fu)責(ze)製(zhi)定(ding)技(ji)術(shu)培(pei)訓(xun)內(nei)容(rong)，培(pei)訓(xun)銷(xiao)售(shou)工(gong)程(cheng)師(shi)
，並(bing)撰(zhuan)寫(xie)了(le)大(da)量(liang)關(guan)於(yu)公(gong)司(si)眾(zhong)多(duo)產(chan)品(pin)技(ji)術(shu)優(you)勢(shi)的(de)網(wang)站(zhan)文(wen)章(zhang)。他(ta)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)行(xing)業(ye)已(yi)有(you) 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：.

 

 

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