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开关模式电源的电流检测方法的优缺点有哪些

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 开关模式电源的电流检测技术有何优点？开关模式电源的电流检测方法有哪几种？分别有什么优缺点？ 0
2021-8-17 09:09:55　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × Elva_chen 该类别下有 5 个回答。邀请回答 cmh25 该类别下有 5 个回答。邀请回答风动影随该类别下有 5 个回答。邀请回答 uwuefsdf 该类别下有 5 个回答。邀请回答 60user48 该类别下有 5 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 5 个回答。邀请回答 60user106 该类别下有 4 个回答。邀请回答 h1654155602.2407 该类别下有 4 个回答。邀请回答 sdgsgsgs 该类别下有 4 个回答。邀请回答 qa110 该类别下有 4 个回答。邀请回答梅子74 该类别下有 4 个回答。邀请回答蟹蟹蟹蟹该类别下有 4 个回答。邀请回答 tozhyan 该类别下有 4 个回答。邀请回答 zkzk196599 该类别下有 4 个回答。邀请回答 hvyweyrrwwrr 该类别下有 4 个回答。邀请回答 Oo一笑该类别下有 4 个回答。邀请回答 dechun28448 该类别下有 4 个回答。邀请回答 huhuiyun 该类别下有 4 个回答。邀请回答 freedom0zh 该类别下有 4 个回答。邀请回答 h1654155275.6372 该类别下有 3 个回答。邀请回答举报丁冬芹相关推荐 • 开关电源的工作模式有什么区别和优缺点？ 4797 • 半桥和全桥式的开关电源有什么优缺点 5088 • 电流的检测方法有哪些？它们有什么优缺点？ 1806 • 受限单极PWM模式有哪些优缺点 1767 • 平均电流模式控制有哪些优缺点？ 2324 • 反激电源变频和固定频率有什么优缺点？ 6928 • 分析六种电流测量方法优缺点对比 2084 • 永磁同步电机电流滞环控制的优缺点是什么 3706 • 步进电机有哪些优缺点？是什么工作原理？操作模式有哪些？ 1875 • 如何去检测开关电源电路中的电流 2720 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 开关电源电流检测技术在现在的各种检测设计中都有广泛的应用，许多的系统中都需要检测流入和流出的电流大小，检测电流大小能够避免器件出错。进行电路机理的保护，推荐了解一下“开关模式电源的电流检测技术”。开关电源－电流模式控制由于其高可靠性、环路补偿设计简单、负载分配功能简单可靠的特点，被广泛用于开关模式电源。电流检测信号是电流模式开关模式电源设计的重要组成部分，它用于调节输出并提供过流保护。如下图中采用同步开关模式降压电源的电流检测电路。采用的IC控制器是一款具有逐周期限流功能的电流模式控制器件。检测电阻RS监测电流。开关模式电源电流检测电阻（RS）如下图显示了两种情况下电感电流的示波器波形：第一种情况使用电感电流能够驱动的负载（红线），而在第二种情况下，输出短路（紫线）。应用凌特的电源IC限流与折返示例，在供电轨上测量示意图最初，峰值电感电流由选定的电感值、电源开关导通时间、电路的输入和输出电压以及负载电流设置（如图中用“1”表示）。当电路短路时，电感电流迅速上升，直至达到限流点，即 RS × IL （IL）等于最大电流检测电压，以保护器件和下游电路（如图中用“2”表示）。然后，内置电流折返限制（如图中数字“3”）进一步降低电感电流，以将热应力降至最低。电流检测还有其他作用。在多相电源设计中，利用它能实现精确均流。对于轻负载电源设计，它可以防止电流反向流动，从而提高效率（反向电流指反向流过电感的电流，即从输出到输入的电流，这在某些应用中可能不合需要，甚至具破坏性）。另外，当多相应用的负载较小时，电流检测可用来减少所需的相数，从而提高电路效率。对于需要电流源的负载，电流检测可将电源转换为恒流源，以用于LED驱动、电池充电和驱动激光器等等应用。检测电阻放哪最合适？电流检测电阻的位置连同开关稳压器架构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、噪声计算以及检测电阻监控电路看到的共模电压。我们在BUCK降压低成本的LED背光应用中采用了平均值电流检测方法。放置在降压调节器高端对于降压调节器，电流检测电阻有多个位置可以放置。当放置在顶部MOSFET的高端时（如下图所示），它会在顶部MOSFET 导通时检测峰值电感电流，从而可用于峰值电流模式控制电源。但是，当顶部MOSFET关断且底部MOSFET导通时，它不测量电感电流。带高端RSENSE的降压转换器在这种配置中，电流检测可能有很高的噪声，原因是顶部 MOSFET的导通边沿具有很强的开关电压振荡。为使这种影响最小，需要一个较长的电流比较器消隐时间（比较器忽略输入的时间）。这会限制最小开关导通时间，并且可能限制最小占空比（占空比＝ VOUT／VIN）和最大转换器降压比。注意在高端配置中，电流信号可能位于非常大的共模电压（VIN）之上。放置在降压调节器低端如下图中，检测电阻位于底部MOSFET下方。在这种配置中，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MOS－RDS（ON）可用来检测电流，而可以不必使用外部电流检测电阻RSENSE。带低端RSENSE的降压转换器这种配置通常用于谷值模式控制的电源。它对噪声可能也很敏感，但在这种情况下，它在占空比较大时很敏感。谷值模式控制的降压转换器支持高降压比，但由于其开关导通时间是固定／受控的，故最大占空比有限。降压调节器与电感串联如下图中，电流检测电阻RSENSE与电感串联，因此可以检测连续电感电流，此电流可用于监测平均电流以及峰值或谷值电流。所以，此配置支持峰值、谷值或平均电流模式控制。 RSENSE与电感串联这种检测方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通常可提供非常准确的电流检测信号，以实现精确的限流和均流。但是，RSENSE也会引起额外的功率损耗和元件成本。为了减少功率损耗和成本，可以利用电感线圈直流电阻（DCR）检测电流，而不使用外部RSENSE。放置在升压和反相调节器的高端对于升压调节器，检测电阻可以与电感串联，以提供高端检测（如下图）。带高端RSENSE的升压转换器升压转换器具有连续输入电流，因此会产生三角波形并持续监测电流。放置在升压和反相调节器的低端检测电阻也可以放在底部MOSFET的低端，如下图所示。此处监测峰值开关电流（也是峰值电感电流），每半个周期产生一个电流波形。MOSFET开关切换导致电流信号具有很强的开关噪声。低成本的BOOST变换器基本都采用这种方法，在LED背光控制中应用最为典型。带低端RSENSE的升压转换器 SENSE电阻放置在升降压转换器低端或与电感串联如下图显示了一个4开关升降压转换器，其检测电阻位于低端。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。在此电路中，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）决定了监测的电流。带低端RSENSE的升压转换器在降压模式下（开关D一直导通，开关C一直关断），检测电阻监测底部开关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一直导通，开关B一直关断），检测电阻与底部MOSFET （C）串联，并在电感电流上升时测量峰值电流。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，很难检测负电感电流。负电感电流意味着电能从输出端传回输入端，但由于这种传输会有损耗，故效率会受损。对于电池供电系统等应用，轻负载效率很重要，这种电流检测方法不合需要。如下图的电路解决了这个问题，其将检测电阻与电感串联，从而在降压和升压模式下均能连续测量电感电流信号。由于电流检测 RSENSE连接到具有高开关噪声的SW1节点，因此需要精心设计控制器IC，使内部电流比较器有足够长的消隐时间。升降压转换器，RSENSE与电感串联输入端也可以添加额外的检测电阻，以实现输入限流；或者添加在输出端，用于电池充电或驱动LED等恒定输出电流应用。这种情况下需要平均输入或输出电流信号，因此可在电流检测路径中增加一个强RC滤波器，以减少电流检测噪声。电流检测方法使用说明开关模式电源有三种常用电流检测方法是：使用检测电阻，使用MOSFET RDS（ON），以及使用电感的直流电阻（DCR）。每种方法都有优点和缺点，选择检测方法时应予以考虑。检测电阻电流传感作为电流检测元件的检测电阻，产生的检测误差最低（通常在1％和5％之间），温度系数也非常低，约为100ppm／°C （0．01％）。在性能方面，它提供精度最高的电源，有助于实现极为精确的电源限流功能，并且在多个电源并联时，还有利于实现精密均流。 RSENSE电流检测另一方面，因为电源设计中增加了电流检测电阻，所以电阻也会产生额外的功耗。因此，与其他检测技术相比，检测电阻电流监测技术可能有更高的功耗，导致解决方案整体效率有所下降。专用电流检测电阻也可能增加解决方案成本，虽然一个检测电阻的成本通常在0．05美元至0．20美元之间。选择检测电阻时不应忽略的另一个参数是其寄生电感（也称为有效串联电感或ESL）。检测电阻可以用一个电阻与一个有限电感串联来正确模拟。 RSENSE ESL模型此电感取决于所选的特定检测电阻。某些类型的电流检测电阻，例如金属板电阻，具有较低的ESL，应优先使用。相比之下，绕线检测电阻由于其封装结构而具有较高的ESL，应避免使用。一般来说，ESL效应会随着电流的增加、检测信号幅度的减小以及布局不合理而变得更加明显。电路的总电感还包括由元件引线和其他电路元件引起的寄生电感。电路的总电感也受到布局的影响，因此必须妥善考虑元件的布局，不恰当的布局可能影响稳定性并加剧现有电路设计问题。检测电阻ESL的影响可能很轻微，也可能很严重。ESL会导致开关栅极驱动器发生明显振荡，从而对开关导通产生不利影响。它还会增加电流检测信号的纹波，导致波形中出现电压阶跃，而不是预期的如下图所示的锯齿波形。这会降低电流检测精度。 RSENSE ESL可能会对电流检测产生不利影响为使电阻ESL最小，应避免使用具有长环路（如绕线电阻）或长引线（如厚膜插件电阻）的检测电阻。薄型表面贴装器件是首选，例子包括板结构SMD尺寸0805、1206、2010和2512，更好的选择包括倒几何SMD尺寸0612和1225。基于功率MOSFET的电流检测利用MOSFET RDS（ON）进行电流检测，可以实现简单且经济高效的电流检测。如下是一款采用这种方法的器件。它使用恒定导通时间谷值模式电流检测架构。顶部开关导通固定的时间，此后底部开关导通，其RDS压降用于检测电流谷值或电流下限。PI的内置MOS的FLY结构也才用类似的方法。 MOS－RDS（ON）电流检测虽然价格低廉，但这种方法有一些缺点。首先，其精度不高， RDS（ON）值可能在很大的范围内变化（大约33％或更多）。其温度系数可能也非常大，在100°C以上时甚至会超过80％。另外，如果使用外部MOSFET，则必须考虑MOSFET寄生封装电感。这种类型的检测不建议用于电流非常高的情况，特别是不适合多相电路，此类电路需要良好的相位均流。PI的小功率电源中已有使用。电感DCR电流检测电感直流电阻电流检测采用电感绕组的寄生电阻来测量电流，从而无需检测电阻。这样可降低元件成本，提高电源效率。与MOS－RDS（ON）相比，铜线绕组的电感DCR的器件间偏差通常较小，不过仍然会随温度而变化。它在低输出电压应用中受到青睐，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。将一个RC网络与电感和寄生电阻的串联组合并联，检测电压在电容C1上测量（如下图所示）。电感DCR电流检测通过选择适当的元件（R1×C1 ＝ L／DCR），电容C1两端的电压将与电感电流成正比。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。电路不直接测量电感电流，因此无法检测电感饱和。推荐使用软饱和的电感，如铁粉芯电感。与同等铁芯电感相比，此类电感的磁芯损耗通常较高。与RSENSE方法相比，电感DCR检测不存在检测电阻的功率损耗，但可能会增加电感的磁芯损耗。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（电路中的SENSE＋和 SENSE－）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，这点很重要。某些器件具有温度补偿DCR检测功能，可提高整个温度范围内的精度。如下表总结：电流检测方法的优缺点在表中提到的每种方法都为开关模式电源提供额外的保护。取决于设计要求，精度、效率、热应力、保护和瞬态性能方面的权衡都可能影响选择过程。电源设计人员需要审慎选择电流检测方法和功率电感，并正确设计电流检测网络。其他电流检测方法还有其他电流检测方法可供使用。例如，电流检测互感器常常与隔离电源一起使用，以跨越隔离栅对电流信号信息提供保护。这种方法通常比上述三种技术更昂贵。此外，近年来集成栅极驱动器（DrMOS）和电流检测的新型功率MOSFET也已出现，但到目前为止，还没有足够的数据来推断DrMOS在检测信号的精度和质量方面表现状况。

2021-8-17 17:31:48 评论举报王彬