开关模式电源电流检测——第三部分:电流检测方法


原标题:开关模式电源电流检测——第三部分:电流检测方法
开关模式电源常用的电流检测方法主要有三种:使用检测电阻、使用MOSFET RDS(ON)、以及使用电感的直流电阻(DCR)。以下是对这三种方法的详细分析:
一、使用检测电阻
优点
检测误差低:通常在1%和5%之间。
温度系数低:约为100 ppm/°C(0.01%),性能稳定。
精度高:有助于实现精确的电源限流功能和多个电源并联时的精密均流。
缺点
功耗高:由于增加了电流检测电阻,会产生额外的功耗,导致解决方案整体效率有所下降。
成本高:专用电流检测电阻可能增加解决方案成本,尽管单个检测电阻的成本通常在0.05美元至0.20美元之间。
寄生电感(ESL)影响:检测电阻的寄生电感可能导致开关栅极驱动器振荡,增加电流检测信号的纹波,降低检测精度。
选择建议
优先使用金属板电阻等低ESL的电阻器。
避免使用绕线检测电阻等高ESL的电阻器。
薄型表面贴装器件是首选,如板结构SMD尺寸0805、1206、2010和2512,更好的选择包括倒几何SMD尺寸0612和1225。
二、使用MOSFET RDS(ON)
优点
实现简单且经济高效的电流检测。
缺点
精度不高:RDS(ON)值可能在很大的范围内变化(大约33%或更多)。
温度系数大:在100°C以上时甚至会超过80%。
寄生封装电感影响:如果使用外部MOSFET,则必须考虑MOSFET寄生封装电感。
不适合高电流和多相电路:需要良好的相位均流。
三、使用电感直流电阻(DCR)
优点
降低元件成本:无需检测电阻。
提高电源效率:避免了检测电阻的功耗。
在低输出电压应用中受欢迎: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。
缺点
无法检测电感饱和:因此建议使用软饱和的电感,如粉芯电感。
可能会增加电感的磁芯损耗。
注意事项
使用RC网络与电感和寄生电阻的串联组合并联,通过选择适当的元件(R1 × C1 = L/DCR),使电容C1两端的电压与电感电流成正比。
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。
四、其他考虑因素
开尔文检测: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。
温度补偿: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。
软件工具: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有很大帮助。
综上所述,在选择开关模式电源的电流检测方法时,需要根据具体的应用场景和要求进行权衡。精度、效率、热应力、保护和瞬态性能等方面的需求都可能影响选择过程。
责任编辑:David
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