开关模式电源电流检测：检测电阻的放置位置

作者：Kevin Scott and Henry Zhang

电流检测电阻的放置位置

电流检测电阻与开关稳压器架构的放置决定了要检测的电流。检测的电流包括峰值电感电流、谷值电感电流（连续导通模式下电感电流的最小值）和平均输出电流。检测电阻的位置会影响功率损耗、噪声计算和检测电阻监控电路看到的共模电压。

降压稳压器高边放置

对于降压稳压器，电流检测电阻可以放置在多个位置。当放置在顶部MOSFET的高端时（如图1所示），当顶部MOSFET导通时，它可以检测峰值电感电流，因此可用于峰值电流模式控制电源。但是，当顶部 MOSFET 关闭而底部 MOSFET 导通时，它不会测量电感电流。

图1.具有高压侧R的降压转换器意义

在这种配置中，电流检测可能会产生噪声，因为顶部MOSFET的导通边沿具有很强的开关电压振铃。为了将这种影响降至最低，需要较长的电流比较器消隐时间（比较器忽略输入的时间）。这限制了最小开关导通时间，并可能限制最小占空比（占空比= V外/ V在）和最大转换器降压比。注意，在高压侧配置中，电流信号可以位于非常大的共模电压（V在).

降压稳压器低侧放置

在图2中，检测电阻放置在底部MOSFET下方。在此配置中，它检测谷值模式电流。为了进一步降低功率损耗并节省元件成本，底部FET RDS（ON）可用于检测电流，无需使用外部电流检测电阻器 R意义.

图2.具有低侧R的降压转换器意义

这种配置通常用于谷值模式控制的电源。它也可能对噪声敏感，但在这种情况下，它是在占空比很大的时候。谷值模式控制的降压转换器可实现高降压比;但是，由于其固定/受控开关导通时间，其最大占空比受到限制。

降压稳压器与电感器串联

在图3中，电流检测电阻R意义与电感串联放置，因此可以检测连续电感电流，可用于平均电流监控，以及峰值或谷值电流监控。因此，这种配置允许峰值、谷值或平均电流模式控制。

图3.R意义与电感器串联

这种检测方法可提供最佳的信噪比性能。外部 R意义通常可以提供非常精确的电流检测信号，用于精确的限流和共享。然而，R意义还会导致额外的功率损耗和组件成本。为了降低功率损耗和成本，可以使用电感绕组直流电阻（DCR）来检测电流，而无需外部R。意义.

升压和反相稳压器高边放置

对于升压（Boost）稳压器，检测电阻可以与提供高端检测的电感串联放置（图 4）。

图4.具有高端R的升压转换器意义

由于升压具有连续输入电流，因此会产生三角波形并连续监控电流。

升压和反相稳压器低侧放置

检测电阻也可以放置在底部MOSFET的低端，如图5所示。在这里，峰值开关电流（也是峰值电感电流）被监控，从而每半周期产生一个电流波形。由于MOSFET开关，电流信号具有很强的开关噪声。

图5.具有低侧R的升压转换器意义

降压-升压低侧 SENSE 电阻安抚或与电感串联

图6所示为4开关降压-升压转换器，检测电阻位于低端。当输入电压远高于输出电压时，转换器工作在降压模式，当输入电压远低于输出电压时，转换器工作在升压模式。在本电路中，检测电阻位于4开关H桥配置的底部。器件的模式（降压模式或升压模式）决定了正在监控的电流。

图6.带 R 的降压-升压意义在低端

在降压模式下（开关 D 始终导通，开关 C 始终关闭），检测电阻器监视底部开关 B 电流，电源用作谷值电流模式降压转换器。

在升压模式下（开关 A 始终导通，开关 B 始终关闭），检测电阻与底部 MOSFET （C） 串联，并随着电感电流的上升测量峰值电流。在这种模式下，由于不监测谷值电感电流，因此当电源处于轻负载状态时，很难检测到负电感电流。负电感电流意味着能量只是从输出端传输回输入端，但由于与传输相关的损耗，效率受到影响。因此，对于轻负载效率很重要的电池供电系统等应用，这种电流检测方法是不可取的。

图7所示电路通过将检测电阻与电感串联来解决此问题，以便在降压和升压模式下连续测量电感电流信号。由于电流检测R意义连接到具有高开关噪声的SW1节点，需要仔细设计控制器IC，以便为内部电流比较器留出足够的消隐时间。

图7.LT8390 带 R 的降压-升压器意义与电感器串联

还可以在输入端增加一个额外的检测电阻器，用于输入电流限制，或在输出端（如下所示）增加一个检测电阻器，用于电池充电或驱动LED等恒定输出电流应用。在这种情况下，由于需要平均输入或输出电流信号，因此可以在电流检测路径上增加一个强大的R/C滤波器，以降低电流检测噪声。

在上述大多数示例中，电流检测元件被假定为检测电阻。但是，这不一定是，而且通常不是这样。其他检测技术包括使用MOSFET两端的压降或电感器的直流电阻（DCR）。这些电流检测方法在第3部分“电流检测方法”中讨论。

审核编辑：郭婷