作者：Kevin Scott and Henry Zhang

開關模式電源常用的三種電流檢測方法是：使用檢測電阻，使用 MOSFET RDS（ON）并使用電感器的直流電阻 （DCR）。每種方法都有優點和缺點，在選擇一種方法而不是另一種方法時應考慮這些優點和缺點。

檢測電阻電流檢測

檢測電阻作為電流檢測元件可實現最低的檢測誤差（通常在1%至5%之間）和非常低的溫度系數，約為100ppm/°C （0.01%）。它在性能方面提供最精確的電源;它有助于提供非常精確的電源電流限制，并在多個電源并聯時促進精確的均流。

圖1.R意義電流檢測

另一方面，由于在電源設計中增加了一個電流檢測電阻，該電阻也會產生額外的功耗。因此，與其他檢測技術相比，檢測電阻電流監控技術可能具有更高的功耗，從而導致解決方案的整體效率略有降低。專用電流檢測電阻也可能增加解決方案成本，因為檢測電阻的成本通常在0.05美元至0.20美元之間。

選擇檢測電阻時不應忽略的另一個參數是其寄生電感（也稱為有效串聯電感或ESL）。檢測電阻被正確建模為具有有限電感的串聯電阻。

圖2.R意義ESL 模型

該電感取決于所選的特定檢測電阻。某些類型的電流檢測電阻器，例如金屬板電阻器，具有低ESL，是首選。相比之下，繞線檢測電阻由于其封裝結構而具有更高的ESL，應避免使用。通常，ESL效應會隨著電流水平的增加、檢測信號幅度的減小和布局不當而變得更加明顯。它還包括電路的總電感，增加了元件引線和其他電路元件引起的寄生電感。電路的總電感也受布局的影響，因此必須適當考慮元件的放置;放置不當會影響穩定性并加劇現有的電路設計問題。

檢測電阻ESL的影響可以是輕微的，也可以是嚴重的。ESL可能導致開關柵極驅動器上出現明顯的振鈴，從而對開關導通產生不利影響。它還會給電流檢測信號增加紋波，導致波形中出現電壓階躍，而不是如下所示的預期鋸齒波形。這會降低電流檢測精度。

圖3.R意義ESL會對電流檢測產生不利影響

為了最小化電阻ESL，請避免使用具有長環路（如繞線電阻器）或長引線（如高輪廓電阻器）的檢測電阻器。薄型表面貼裝器件是首選;示例包括“板”結構 SMD 尺寸 0805、1206、2010、2512;更好的選擇包括反向幾何 SMD 尺寸 0612 和 1225。

基于功率 MOSFET 的電流檢測

通過使用 MOSFET R 實現簡單且經濟高效的電流檢測DS（ON）用于電流檢測。LTC?3878 是一款采用這種方法的器件。它采用恒定導通時間、谷值模式電流檢測架構。在這里，頂部開關打開固定時間，之后底部開關打開，其 RDS壓降用于檢測電流“谷值”或電流下限。

圖4.場效應管 RDS（ON）電流檢測

雖然價格低廉，但這種方法也存在一些缺點。首先，它不是很準確;在 R 的范圍內可以有很大的變化（大約 33% 或更多）DS（ON）值。它也可以具有非常大的溫度系數;大于 80% 的值超過 100C 并非不可能。此外，如果使用外部MOSFET，則必須考慮MOSFET寄生封裝電感。對于非常高的電流水平，不建議使用這種類型的檢測，尤其是對于需要良好相位均流的多相電路。

電感直流電阻電流檢測

電感直流電阻（DCR）電流檢測利用電感繞組的寄生電阻來測量電流，從而消除了檢測電阻。這降低了組件成本并提高了電源效率。與 MOSFET R 相比DS（ON），銅線繞組的電感DCR通常具有較小的部件間變化，盡管它仍然隨溫度而變化。它在低輸出電壓應用中受到青睞，因為檢測電阻兩端的任何壓降都代表輸出電壓的很大一部分。RC網絡與串聯電感和寄生電阻組合并聯放置，并測量電容C1兩端的檢測電壓（圖5）。

圖5.電感直流電阻電流檢測

通過正確選擇元件（R1*C1 = L/DCR），電容C1兩端的電壓將與電感電流成正比。為了將測量誤差和噪聲降至最低，最好使用較低的R1值。

由于該電路不直接測量電感電流，因此無法檢測電感飽和。因此，建議使用具有“軟飽和度”的電感器，如鐵功率磁芯電感器。這些電感器的磁芯損耗通常高于同類鐵氧體磁芯電感器。與 R 相比意義方法中，電感DCR檢測消除了檢測電阻的功率損耗，但可能會增加電感磁芯損耗。

使用兩個 R意義和DCR傳感方法，由于傳感信號小，需要開爾文傳感。保持開爾文感測跡線（感測和感測）很重要+–在圖5中）遠離嘈雜的銅區域和其他信號走線，以最大限度地減少噪聲拾取。某些器件 （例如 LTC3855） 具有溫度補償 DCR 檢測功能，從而在整個溫度范圍內提高了準確度。

下表總結了不同類型的電流檢測方法以及每種方法的優缺點。

上述每種方法都為開關模式電源提供額外的保護。根據設計要求，精度、效率、熱應力、保護和瞬態性能的權衡都可能影響選擇過程。電源設計人員需要仔細選擇電流檢測方法和功率電感，并正確設計電流檢測網絡。凌力爾特的 LTpowerCAD 設計工具和 LTspice 電路仿真工具等計算機軟件程序在簡化設計工作和獲得最佳結果方面非常有幫助。

其他電流檢測方法

還有其他電流檢測方法可用。例如，電流檢測變壓器通常與隔離電源一起使用，以提供跨越隔離柵的電流信號信息。這種方法通常比上面討論的三種技術更費錢。此外，近年來還出現了集成柵極驅動器（DrMOS）的新型功率MOSFET，這些功率MOSFET也集成了電流檢測，但迄今為止，還沒有足夠的數據來判斷DrMOS檢測在檢測信號的精度和質量方面的工作情況。

審核編輯：郭婷