线绕检测电阻用于初级端稳压/稳流转换器好吗

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初级侧稳压/稳流（PSR）转换器广泛应用于手机充电器和LED照明。这些转换器提供一个恒定电流（CC）、或一个恒定电压（CV）或恒定电流和恒定电压（CCCV）到输出负载。PSR转换器因为简化电源设计而受到欢迎。事实上，对于一个反激变换器，输出电流从变压器原边控制，因而无需光耦及相关电路（感测电阻、运放OPAMP等）。输出电流不是被直接测量，而是从由反激变换器本身产生的信号估测。控制器处理关于开关事件的信息，并生成控制变量，以保持输出电流恒定。因此，为提供准确的电流控制，输入到控制器的反激式转换器的波形需要清晰和准确。寄生元件的影响，必须考虑到，并尽可能减少。更确切地说，PSR转换器中的检测电阻是个关键参数，因为它确定输出电流值。因此，必须为PSR恒流稳流器仔细挑选这检测电阻值和所采用的技术。
线绕检测电阻
一个电阻具有寄生元件，如电感和电容。根据不同的电阻技术，这些寄生元件各有不同。
有各种各样的电阻技术[ 1 ]。最常见的是：线绕、碳膜、金属膜、铝箔。每种技术都有它的优点和缺点。
例如，线绕电阻可能有非常严格的公差（0.01%）、低的温度系数，并且长时间保持稳定。但是，如果它们被用来作为检测电阻，表现出一种寄生电感，可影响输出电流调节。
我们将以一个具体的案例研究演示该寄生电感的影响。
我们有一个PSR反激式电路板使用NCL30082控制器，连接一个0.33 Ω线绕检测电阻，以提供500 mA恒定输出电流。采用该线绕电阻，所测得的输出电流仅为443毫安。
如果我们测量漏电流，并将它与检测电阻电压除以检测电阻值进行比较，我们发现有一个差异。电流和电压探头已被正确校准。图1显示了在实验设备上捕获的波形。

图1：PRS反激波形@ Vin = 162 V dc

在第一个光标处，我们测得：
- Vsense = 585 mV
- Ipri = 1.547 A
如果我们计算测量电压对应的电流，我们有：

注：RPCB代表检测电阻之间印刷电路板（PCB）的走线对接地体电容的阻抗。在这个设计中，电路板的走线相当长。
在所测得的初级电流和由检测电阻转换的电流图像之间有约100毫安的差异。如果我们考虑由控制器测量的检测电压方面的问题，1.547 A的初级电流应该提供一个检测电压：

这代表电压差约：

线绕电阻可以建模为如图2所示。Rdc代表直流电阻，Lpar代表寄生电感值。通常情况下，还有一个与电阻模型相关的寄生电容，但我们在这里忽略不计，因为它不影响输出电流调节。

图2：简化的电流检测电阻模型

使用网络分析仪，我们测量了检测电阻的串联电感，在85千赫频率下，对应于转换器在162 V直流输入电压的开关频率。测得电感为110 nH。我们还采用网络分析仪AP300绘制Rsense阻抗。阻抗的幅值和相位如图3所示。

图3: Rsense的阻抗曲线

我们可以清楚地看到当频率在10千赫到200千赫之间时的寄生电感信号，这正是转换器的开关频率范围。低于3千赫，我们只看到直流电阻。我们现在可以用下面的值更新检测电阻模型：
- Rdc = 0.335 ohms
- Lpar = 110 nH.
如果我们将检测电阻模型放进反激变换器（图4），当初级开关闭合（MOSFET导通），我们可以看到，Lpar修改检测电压：

寄生电感人为地增加了检测电压，由于控制器的曲解，输出电流减小。的确，PSR控制器不能直接测量输出电流，但它通过接收到的信号估测输出电流值。由于检测电压有“误差”，此误差传至输出电流设定值。

图4：反激转换器在MOSFET导通时的电路原理图

我们将由Lpar所造成的电压增加命名为ΔVSENSE：

由于我们处于非连续导通模式，初级电流可写为：

与时间有关的初级电流的导数是：

因此检测电压差可写为：

利用网络分析仪HP4284A，我们测得变压器在85千赫的初级电感和漏电感：
-       Lp = 397.3 µH
-       Lleak = 7 µH (通过辅助绕组和次级绕组分别短路而测得)
现在我们可以计算在162 V直流电压由Lpar引起的理论上的电压增加：

这个结果非常接近（.03）式中的38 mV检测电压差。
薄膜检测电阻贴片
薄膜电阻没有绕线类电阻那么严格的公差，它们有大的TCR（电阻温度系数）。但它们成本低，并提供最稳定的高频性能。
因此，原来的绕线检测电阻由0.33Ω贴片厚膜型取代。我们测量了检测电阻的实际值。我们发现：恰恰RsenseSMD= 0.331Ω。我们在VIN = 162 Vdc时测量初级电流和检测电压（图5）。我们有:
-       Vsense = 0.5919 V
-       Iprim = 1.688 A
如果估算由Rsense提供的初级电流的图像，我们发现：

由Rsense提供的初级电流的图像等于测得的初级电流。在162 Vdc时的输出电流值为487毫安，而不是采用绕线检测电阻的443毫安。

图5：采用厚膜检测电阻在Vin = 162 V dc时的波形

最后得出结论，最好用薄膜贴片检测电阻（厚膜或薄膜）用于PSR恒流转换器。如果电源设计人员极其需要一个线绕电阻，那么本文可以帮助他了解输出电流偏差的原因。

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