原標(biāo)題：開(kāi)關(guān)模式電源電流檢測(cè)

開(kāi)關(guān)模式電源（Switch Mode Power Supply，SMPS）的電流檢測(cè)是電源設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，它主要用于調(diào)節(jié)輸出、提供過(guò)流保護(hù)，并在多相電源設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)精確均流等功能。以下是對(duì)開(kāi)關(guān)模式電源電流檢測(cè)的詳細(xì)介紹：

一、電流檢測(cè)的重要性

電流檢測(cè)信號(hào)是電流模式開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)的重要組成部分。在電流模式控制中，通過(guò)檢測(cè)電感電流或開(kāi)關(guān)電流，可以實(shí)現(xiàn)電源的閉環(huán)控制，從而提高電源的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。同時(shí)，電流檢測(cè)還可以提供過(guò)流保護(hù)功能，防止電源在短路或過(guò)載情況下?lián)p壞。

二、常用的電流檢測(cè)方法

開(kāi)關(guān)模式電源常用的電流檢測(cè)方法主要包括使用檢測(cè)電阻、使用MOSFET的RDS(ON)以及使用電感器的直流電阻(DCR)三種。

1. 使用檢測(cè)電阻

• 原理：通過(guò)串聯(lián)一個(gè)檢測(cè)電阻來(lái)測(cè)量電流。當(dāng)電流流過(guò)時(shí)，會(huì)在電阻上產(chǎn)生壓降，通過(guò)測(cè)量這個(gè)壓降就可以得到電流值。

• 優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)誤差低（通常在1%至5%之間），溫度系數(shù)也非常低（約為100ppm/°C），可以提供高精度的電流檢測(cè)信號(hào)。

• 缺點(diǎn)：會(huì)增加額外的功耗，導(dǎo)致解決方案整體效率略有降低。同時(shí)，專用電流檢測(cè)電阻也可能增加解決方案成本。此外，檢測(cè)電阻的寄生電感（ESL）也可能對(duì)電流檢測(cè)精度產(chǎn)生影響。

2. 使用MOSFET的RDS(ON)

• 原理：利用MOSFET在導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻RDS(ON)來(lái)檢測(cè)電流。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，其內(nèi)阻上會(huì)產(chǎn)生壓降，通過(guò)測(cè)量這個(gè)壓降就可以得到電流值。

• 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效。

• 缺點(diǎn)：精度不高，RDS(ON)值可能在很大的范圍內(nèi)變化（大約33%或更多），且溫度系數(shù)也可能非常大。此外，如果使用外部MOSFET，還需要考慮MOSFET寄生封裝電感的影響。這種方法不適合用于非常高的電流水平，尤其是多相電路中需要良好相位均流的情況。

3. 使用電感器的直流電阻(DCR)

• 原理：利用電感繞組的寄生電阻（DCR）來(lái)測(cè)量電流。這種方法無(wú)需額外的檢測(cè)電阻，可以降低組件成本并提高電源效率。

• 優(yōu)點(diǎn)：與MOSFET RDS(ON)相比，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。在低輸出電壓應(yīng)用中受到青睞，因?yàn)闄z測(cè)電阻上的任何壓降都代表輸出電壓的很大一部分。

• 缺點(diǎn)：無(wú)法直接測(cè)量電感電流，因此無(wú)法檢測(cè)電感飽和。此外，電感DCR檢測(cè)可能會(huì)增加電感磁芯損耗。使用DCR傳感方法時(shí)，由于傳感信號(hào)小，需要開(kāi)爾文傳感來(lái)減少噪聲拾取。

三、電流檢測(cè)電阻的位置與影響

電流檢測(cè)電阻的位置連同開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器架構(gòu)決定了要檢測(cè)的電流類型（如峰值電感電流、谷值電感電流或平均輸出流）。檢測(cè)電阻的位置還會(huì)影響功率損耗、噪聲計(jì)算以及檢測(cè)電阻監(jiān)控電路看到的共模電壓。常見(jiàn)的放置位置包括：

1. 降壓調(diào)節(jié)器高端：在頂部MOSFET導(dǎo)通時(shí)檢測(cè)峰值電感電流。但此時(shí)電流信號(hào)可能位于非常大的共模電壓之上，且可能受到頂部MOSFET導(dǎo)通邊沿的開(kāi)關(guān)電壓振蕩的影響，需要一個(gè)較長(zhǎng)的電流比較器消隱時(shí)間來(lái)減小影響。

2. 降壓調(diào)節(jié)器低端：檢測(cè)谷值模式電流。這種配置通常用于谷值模式控制的電源，對(duì)噪聲敏感程度在占空比較大時(shí)較高。

3. 與電感串聯(lián)：可以檢測(cè)連續(xù)電感電流，此電流可用于監(jiān)測(cè)平均電流以及峰值或谷值電流。這種方法可提供最佳的信噪比性能，但也會(huì)引起額外的功率損耗和元件成本。為了減少功率損耗和成本，可以利用電感線圈直流電阻(DCR)檢測(cè)電流。

對(duì)于升壓調(diào)節(jié)器和反相調(diào)節(jié)器，檢測(cè)電阻也可以放置在高端或低端，具體取決于所需的電流檢測(cè)類型和噪聲敏感性。

四、電流檢測(cè)的應(yīng)用與考慮因素

電流檢測(cè)在開(kāi)關(guān)模式電源中具有廣泛的應(yīng)用，包括但不限于：

1. 過(guò)流保護(hù)：通過(guò)檢測(cè)電流值并設(shè)置閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能，防止電源在短路或過(guò)載情況下?lián)p壞。

2. 精確均流：在多相電源設(shè)計(jì)中，利用電流檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)精確均流，提高電源的穩(wěn)定性和效率。

3. 防止電流反向流動(dòng)：對(duì)于輕負(fù)載電源設(shè)計(jì)，電流檢測(cè)可以防止電流反向流動(dòng)（即從輸出到輸入的電流），從而提高效率并避免潛在的破壞性影響。

在選擇電流檢測(cè)方法時(shí)，需要考慮以下因素：

1. 精度要求：根據(jù)應(yīng)用需求確定所需的電流檢測(cè)精度。

2. 功耗與效率：評(píng)估不同檢測(cè)方法對(duì)電源效率的影響，并選擇功耗較低的方法。

3. 成本考慮：考慮檢測(cè)電阻、MOSFET或其他相關(guān)組件的成本，并選擇性價(jià)比高的方案。

4. 噪聲與穩(wěn)定性：分析不同檢測(cè)方法對(duì)噪聲敏感性和穩(wěn)定性的影響，并選擇適當(dāng)?shù)臑V波和消隱技術(shù)來(lái)減小噪聲干擾并提高穩(wěn)定性。

綜上所述，開(kāi)關(guān)模式電源的電流檢測(cè)是一個(gè)復(fù)雜而重要的環(huán)節(jié)。在選擇電流檢測(cè)方法時(shí)，需要綜合考慮精度、功耗、成本、噪聲與穩(wěn)定性等因素，并根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行權(quán)衡和優(yōu)化。