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用一个具体的例子分析在电压轨上完成电流检测的几种不同方法

2018-01-27 01:06 次阅读

本文用一个具体的例子比较在电压轨上完成电流检测的几种不同方法。第一种方法是使用带分立电阻器的单运放差分放大器;第二种方法是用V+而不是地作为参考轨;第三种方法在IC解决方案中很常见,在这种方案中,晶体管运算放大器一起工作,以接地参考电流测量。

作为EDN“设计实例”栏目的编辑,我会面对很多设计投稿,有好的,也有不太好的。最近因种种原因弃掉的一篇文章讲到的高端电流检测电路,实现起来就有诸多问题。这让我想到了在电压轨上实现电流检测的不同方法。

绝大多数直流电流检测电路的核心设计思路,是从供电线路中的电阻下手(尽管磁场感应是个好选择,尤其是在电流较高的情况下)。人们只需简单地测量电阻两端的电压降,并根据需要调节阻值来读取电流(E = I×R,如果不包含这个,有人会抱怨)。如果检测电阻在接地支路上,那么方案就是个简单的运放电路。一切都以地为参考,只需特别注意接地布局中的小电压降就行了。

但通常首选方法是将检测电阻置于电源线中。为什么?因为接地可能不可行(例如,通过底盘接地汽车电子产品),或者你可能不希望设备接地与供电接地不同(这可能导致接地环路和其它问题)。那么,该怎么做?

最显而易见的方法是在检测电阻两端跨接一个差分或仪表放大器(inamp),但实际上这算不上好方法。为了准确检测电流,通常需要极高的CMR(共模抑制),既昂贵又容易漂移。

为什么这么说呢?我们来看一个设计示例:0-10A、12V标称值、5mΩ的感测电阻。

用一个具体的例子比较在电压轨上完成电流检测的几种不同方法

图1:最明显的高端电流检测方案使用差分放大器。

这种方案甚至都不需考虑使用分立电阻,除非它们是精密匹配网络的一部分(因此,当然也就不是真正分立的)。对于1V的电源电压偏移和80dB的差分放大器CMRR(这意味着约0.01%的电阻匹配),你会看到相当于20mA的电流漂移(1V变化、80dB的CMRR导致输入0.1mV偏移,再除以5mΩ检测电阻的5mV/A标定)。

对于0-12V电源,在电压范围内乘以12:电压范围内240mA的偏移电流。

注意,真正的三运放仪表放大器对电阻匹配的灵敏度比单运放差分放大器低。但是,通常有更好的方法。

上文提到的“设计实例”使用了带有分立电阻的单运放差分放大器。实际上,一个电阻器可以用一个电位器进行调整,我最初认为它用于CMRR,结果却是增益调整!如果电源电压稳定,从某种意义上说,这种方法可行——但这绝不是一个好主意。

第二种高端检测方法需要一点横向思维。我改变思想,用V+而不是地作参考轨。这在概念上就像是负电压源的低端检测,如果你能摆平它,这就是个很好的方案。

用一个具体的例子比较在电压轨上完成电流检测的几种不同方法

图2:以V+为参考,对输出做进一步处理(例如,比较器)。R4可选,用于保护。

第三种方法现在在IC方案中很常见,它用晶体管和运算放大器一起为电流测量提供地参考。当我想到倒置运放时,并不知道这个设计,这可能是件好事,因为节省了一只晶体管。

用一个具体的例子比较在电压轨上完成电流检测的几种不同方法

图3:ST的TSC103在回路中使用了一个BJT。

用一个具体的例子比较在电压轨上完成电流检测的几种不同方法

图4:Linear的LTC6102使用一个MOSFET

意法半导体(ST)、美信(Maxim)和凌力尔特(Linear)都提供此类器件,但你自己也很容易实现这样的电路。

原文标题:在电压轨上完成电流检测的几种不同方法

文章出处:【微信号:edn-china,微信公众号:EDN电子技术设计】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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NCP81234 具有双环路功能的多相控制器 可配置 兼容DrMOS

NCP81241 具有SVID接口的单相控制器 适用于台式机和笔记本CPU应用

41单相降压解决方案针对兼容Intel VR12.1的CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。单相控制器使用DCR电流检测,以降低的系统成本为动态负载事件提供最快的初始响应。 特性 优势 开关频率范围250 kHz - 1.2 MHz 引脚可编程 VIN范围4.5V-25V 涵盖桌面和笔记本应用程序 启动进入预充电负载 避免错误OVP 高性能操作误差放大器 数字软启动斜坡 应用 终端产品 CPU功率 笔记本电脑 台式电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 29次 阅读
NCP81241 具有SVID接口的单相控制器 适用于台式机和笔记本CPU应用

NCP81232 具有双环路功能的多相控制器 可配置 兼容DrMOS

32可配置为单输出或双输出稳压器,旨在与DrMOS功率级配合使用。该IC可设置多达8种独特的输出配置,可提供单输出操作,单相或四相操作,或双输出设备,相位组合为3 + 1,2 + 2,2 + 1,和1 + 1。该控制器提供差分电流检测和电压检测,以提高精度。该器件支持DCR电流检测,或者可以容纳来自DrMOS的IMON信号。这些器件提供过流保护,过压/欠压保护和过温保护。 特性 优势 带内部偏压的4.5V至24V输入 针对12V和5V总线电压设计进行了优化 可调节输出从0.6V到5V 为核心电压供电的低电压能力 可调开关频率从200kHz到1.2MHz 允许优化设计尺寸和效率 PWM输出兼容3.3V和5V DrMOS 与标准DrMOS兼容 8配置(单输出或双输出) Flexibilit y允许分配权力 差异输出感 采用高电流设计保持电压精度 差分电流检测 允许DCR电流检测(或来自DrMOS的Iout) 过流,过压/欠压和热保护 防止故障 应用 终端产品 高电流设计 核心电源轨 DDR内存 FPGA电源 基站 网络 路由器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 35次 阅读
NCP81232 具有双环路功能的多相控制器 可配置 兼容DrMOS

NCP81233 多相控制器 可配置 4.5 V至20 V I2C

33是一款多相控制器,可作为1,2,3,4或6相控制器使用。该器件提供I2C接口,可用于配置输出电压,压摆率,过压和欠压阈值以及输入UVLO。 NCP81233提供PWM信号以连接DrMOS,并支持3.3V / 5V逻辑。该器件具有远程感应功能,可保持高电流设计的电压精度。差分电流检测可用于电感器DCR检测或来自DrMOS的Iout信号。该器件允许通过I2C接口读出Vout和Iout。该器件可以连接到NCP81162相位双电路,最多可以工作12个阶段。 特性 优势 可选1,2 ,3,4或6阶段操作 可扩展性允许将同一IC解决方案用于多个轨道 使用相位倍增器最多支持12个阶段 允许更高当前设计的灵活性 I2C配置 设计灵活性 4.5V至20V 12V总线设计的理想选择 差动电流检测 支持DCR或IMON意义 远程差分电压检测 更好的输出电压精度 支持3.3V / 5V PWM 允许使用各种DrMOS解决方案 报告Iout和Vout 监控能力 过流,过压和过热保护 防止错误 应用 终端产品 网络处理器 ASIC 网络交换机 路由器 电信设备 电路图、引脚图和...
发表于 07-29 19:02 32次 阅读
NCP81233 多相控制器 可配置 4.5 V至20 V I2C

NCP81610 采用PWM_VID和I2C接口优化的多相同步控制器 适用于新一代计算和图形处理器

10是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件可驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位减小或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 特性 优势 符合NVIDIA OVR4i +规格 GPU Vcor​​e规范合规性 支持最多8个阶段 支持高相位数和大电流 2.8 V至20 V电源电压范围: 宽线路输入电压范围 250 kHz至1.2 MHz开关频率(8相) 宽工作频率范围 欠压保护(UVP) 过压保护(OVP) 每相过流限制(OCL) 系统过流保护(OCP) 在避免虚假OVP的情况下启动预充电负载 可配置载重线 每相的真差分电流平衡检测放大器 相间动态电流平衡 电流模式双边沿调制,用于快速初始响应瞬态负载 宝保存接口(PSI) 自动阶段使用用户...
发表于 07-29 18:02 45次 阅读
NCP81610 采用PWM_VID和I2C接口优化的多相同步控制器 适用于新一代计算和图形处理器

NCP81611 具有PWM_VID和I2C接口的4/3/2/1多相降压控制器

11是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件可驱动多达4个相位,并集成了差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,可为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位减小或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡 特性 符合NVIDIA OVR4i +规格 支持最多4个阶段 2.8 V至20 V电源电压范围 250 kHz至1.2 MHz开关频率(4相) 每相过流限制(OCL) 系统过流保护(OCP) 过压保护(OVP) 欠压保护(UVP) 相间动态电流平衡 电流模式双边沿调制,用于快速初始响应瞬态加载 省电接口(PSI) 具有用户可设置阈值的自动相位切换 PWM_VID和I2C控制接口 40针QFN封装(5 x 5 mm主体,0.4 mm间距) 无铅且符合RoHS标准 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡 桌面,笔记本,服务器系统 图形卡 桌面,笔记本...
发表于 07-29 18:02 56次 阅读
NCP81611 具有PWM_VID和I2C接口的4/3/2/1多相降压控制器

NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

74是一款通用型四相同步降压控制器。它结合了差分电压检测,差分相电流检测和PWM VID接口,为计算机或图形控制器提供精确的稳压电源。它可以从处理器接收节电命令(PSI),并以单相二极管仿真模式工作,以获得轻载时的高效率。双边沿多相PWM调制确保快速瞬态响应,并尽可能减少电容。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 显卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 27次 阅读
NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

NCP6151 VR12 2相 3相 4相CPU控制器+ 1相GPU控制器

1 / NCP6151A双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)和DCR电流检测,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 29次 阅读
NCP6151 VR12 2相 3相 4相CPU控制器+ 1相GPU控制器

NCP6131 IMVP7 1,2,3相CPU控制器+单相GPU控制器

1S / NCP6151SA / NCP6131S / NCP6131SA双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 27次 阅读
NCP6131 IMVP7 1,2,3相CPU控制器+单相GPU控制器

NCP81141 Vr12.6单相控制器

41单相降压解决方案针对Intel VR12.6兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。单相控制器采用DCR电流检测,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应.NCP81141集成了内部MOSFET驱动器,可提高系统效率。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。获得专利的动态参考注入无需在闭环瞬态响应和动态VID性能之间进行折衷,从而进一步简化了环路补偿。获得专利的总电流求和提供高精度的数字电流监控。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 49次 阅读
NCP81141 Vr12.6单相控制器

NCP81147 低压同步降压控制器

47是一款单相解决方案,具有差分相电流检测,同步输入,远程接地节能操作和栅极驱动器,可提供精确调节的电源。自适应非重叠栅极驱动和省电操作电路为服务器,笔记本和台式机系统提供低开关损耗和高效率解决方案。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。 NCP81147还具有软启动序列,精确的过压和过流保护,用于电源轨的UVLO和热关断。 特性 优势 内部高性能运算放大器 简化系统补偿 集成MOSFET驱动器 节省空间并简化设计 热关机保护 确保稳健的设计 过压和过流保护 确保稳健设计 省电模式 在轻载操作期间最大限度地提高效率 支持5.0 V至19 V输入 5.0 V至12 V操作 芯片使能功能通过OSC引脚 保证启动进入预充电负载 内部软启动/停止 振荡器频率范围为100 kHz至1000 kHz OCP准确度,锁定前的四次重入时间 无损耗差分电感电流检测 内部高精度电流感应放大器 20ns内部栅极驱动器的自适应FET非重叠时间 Vout从0.8V到3.3 V(5V,12V VCC) 热能补偿电流监测 ...
发表于 07-29 18:02 272次 阅读
NCP81147 低压同步降压控制器

NCP81140 具有SVID接口的多相控制器

40多相降压解决方案针对Intel VR12.5兼容CPU进行了优化,用户配置为4/3/2/1阶段。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。它具有在轻负载运行期间脱落到单相的能力,并且可以在轻负载条件下自动进行频率调整,同时保持出色的瞬态性能。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 46次 阅读
NCP81140 具有SVID接口的多相控制器

NCP81142 VR多相控制器

42多相降压解决方案针对具有用户可配置4/3/2/1相位的Intel VR12.5兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。它具有在轻负载运行期间脱落到单相的能力,并且可以在轻负载条件下自动调频,同时保持优异的瞬态性能。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。获得专利的动态参考注入无需在闭环瞬态响应和动态VID性能之间进行折衷,从而进一步简化了环路补偿。获得专利的总电流求和提供高精度的数字电流监控。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 36次 阅读
NCP81142 VR多相控制器

NCP5230 低压同步降压控制器

0是一款单相解决方案,具有差分相电流检测,同步输入,远程接地节能操作和栅极驱动器,可提供精确调节的电源。自适应非重叠栅极驱动和省电操作电路为服务器,笔记本和台式机系统提供低开关损耗和高效率解决方案。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。 NCP5230还具有软启动序列,精确的过压和过流保护,用于电源轨的UVLO和热关断。 特性 高性能误差放大器 >内部软启动/停止 0.5%内部电压精度,0.8 V基准电压 OCP精度,锁存前四次重入时间无损差分电感电流检测内部高精度电流检测放大器振荡器频率范围100 kHz 1000 kHz 20 ns自适应FET内部栅极驱动器非重叠时间 5.0 V至12 V操作支持1.5 V至19 V Vin Vout 0.8 V至3.3 V(具有12 VCC的5 V电压)通过OSC引脚实现芯片功能锁存过压保护(OVP)内部固定OCP阈值保证启动预充电负载 热补偿电流监控 Shutdow n保护集成MOSFET驱动器集成BOOST二极管,内部Rbst = 2.2 自动省电模式,最大限度地提高光效率负载运行同步功能远程地面传感这是一个无铅设备 应用 桌面和服务器系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 47次 阅读
NCP5230 低压同步降压控制器

NCP81111 具有SVID和I2C接口的3相VR12.5-6高速数字控制器

11是一款高性能数字单输出三相VR12.5-6兼容降压解决方案,针对英特尔CPU应用进行了优化,可在高达5 MHz的频率下工作。 NCP81111还可用作通用I2C控制多相电压调节器。 NCP81111设计用于支持NCP81163数字相位倍频器IC,可将器件的功能扩展到6相,实现高电流处理。控制器包括真差分电压检测,差分电流检测,数字输入电压前馈,DAC前馈和自适应电压定位。 特性 会见英特尔® s VR12.5规格 用户配置的板载EEPROM 高性能数字架构 动态参考注入 全差动电压电流检测放大器 电流平衡的“无损耗”DCR电流检测 用于下垂的热补偿电感器电流感应 用户可调整的内部补偿 应用 终端产品 用于英特尔处理器的多相电压调节器 通用I2C控制多相调节器 台式电脑 笔记本电脑 服务器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 56次 阅读
NCP81111 具有SVID和I2C接口的3相VR12.5-6高速数字控制器

NCP5212 单路同步降压控制器

2是一款用于高性能电池供电系统的同步降压控制器。它包括一个高效PWM控制器。提供引脚以允许两个器件进行交错操作。内部电源良好电压监视器跟踪SMPS输出。 NCP5212还具有软启动序列,用于Vcc和开关的UVLO,过压保护,过流保护,欠压保护和热关断。它打包在QFN-16中。 特性 准确率为0.8%; 0.8 V参考 4.5 V至27 V电池/适配器电压范围 可调输出电压范围:0.8 V至3.3 V 两个NCP5212设备之间的同步交错 轻载时省电运行的跳过模式 无损电感电流检测 可编程瞬态响应增强(TRE)控制 可编程自适应电压定位(AVP) 输入供应前馈控制 内部软启动 集成输出放电(SoftStop) 内置自适应栅极驱动器 PGOOD指示 过压,欠压和过载租金保障 热关机 应用 终端产品 笔记本电脑系统电源 笔记本电脑系统电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 39次 阅读
NCP5212 单路同步降压控制器

NCP5217 单相同步降压控制器

7A是一款用于高性能电池供电系统的同步降压控制器。 NCP5217A包括一个高效PWM控制器。提供引脚以启用或禁用强制PWM操作模式。内部电源良好电压监视器跟踪SMPS输出。 NCP5217A还具有软启动序列,用于VCC和开关的UVLO,过压保护,过流保护,欠压保护和热关断。 IC封装在QFN-14中。 特性 0.8%准确度0.8 V参考 4.5 V至27 V电池/适配器电压范围 可选择省电模式/强制PWM模式 无损电感电流检测 可编程自适应电压定位(AVP) 输入供应前馈控制 内部软启动 集成输出放电(软停止) 内置自适应栅极驱动器 PGOOD指示 过压,欠压和过流保护 热关闭 应用 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 16:02 58次 阅读
NCP5217 单相同步降压控制器