2.8.1電流的檢測的用途

電流檢測信號是電流模式開關模式電源設計的重要組成部分。電流檢測主要用于：

① ?開關電流過流檢測，實現過流保護

電源的輸出電流過大，導致器件損毀。通過配置輸出電流的關斷門限，可以控制Buck變換器的輸出電流保持在這個閾值以下。那么就需要對輸出電流進行檢測，然后再進行比較。所以過流保護是輸出電流檢測的最主要的應用場景。

對于輕負載電源設計，可以作為模式調整的門限。有些電源芯片支持多種模式，當輕載時，可以根據實際電流大小，切換PWM為PFM等模式，來提高輕載時的電源效率。

① ?多相電源做均流控制

在多相電源設計中，利用它能實現精確均流。通過檢測每個相的電流情況，進行調整。另外，當多相應用的負載較小時，電流檢測可用來減少所需的相數，從而提高電路效率。

② 穩壓源切換恒流源

對于需要電流源的負載，電流檢測可將電源轉換為恒流源，以用于LED驅動、電池充電和驅動激光等應用。

2.8.2電流檢測基本原理

電流采樣的基本原理——電阻兩端電壓∝流經電阻的電流（歐姆定律）

實現檢測電流采樣的方法基本分為三種方法

方法一：串入精密電阻

方法二：利用下管的Rds（on）

方法三：利用輸出電感的Rdc兩端電壓

三種方法都是運用歐姆定律實現，檢測出電壓，通過歐姆定律反向計算出流經該電阻的電流。

2.8.3電流檢測的具體方法

方法一：串入精密電阻如圖5.28所示

圖5.28 通過串入精密電阻檢測輸出電流的電路圖

電流檢測電阻的位置連同開關穩壓器架構決定了要檢測的電流。檢測的電流包括峰值電感電流、谷值電感電流（連續導通模式下電感電流的最小值）和平均輸出流。檢測電阻的位置會影響功率損耗、噪聲計算以及檢測電阻監控電路看到的共模電壓。對于降壓調節器，電流檢測電阻有多個位置可以放置。這個電阻就是放置在電源輸入的路徑上，可以放在電源輸入處、下管電路路徑、輸出電感三處。

如圖5.29，放置在Vin進入上管的電流路徑中，在電流流經上管MOSFET的前端，它會在上管MOSFET導通時檢測峰值輸出電流，從而可用于峰值電流模式控制電源。當頂部MOSFET關斷且底部MOSFET導通時，它不測量電流。

圖5.29下管MOSFET串聯電阻檢測輸出電流

在這種配置中，電流檢測可能有很高的噪聲，原因是頂部MOSFET的導通邊沿具有很強的開關電壓振蕩。這種檢測方式雖然原理可行，但是一般不會使用。

放置下管的下端電流通路上

檢測電阻位于下管MOSFET下方，如下圖5.30 下管MOSFET串聯電阻檢測輸出電流。在這種配置中，它檢測谷值模式電流。為了進一步降低功率損耗并節省元件成本，底部FET RDS(ON)可用來檢測電流，而不必使用外部電流檢測電阻，就是下面將會仔細講解的“方法二”。

圖5.30下管MOSFET串聯電阻檢測輸出電流

這種配置通常用于最小值檢測模式控制的電源。開關噪聲對檢測結果影響比較大。在占空比較大時，可采樣的時間段越短，輸出電流采樣結果會受到噪聲影響比較大。所以，這種檢測方式的最大占空比有限。

最常用的方法是將檢測電阻與電感串聯，如圖5.31所示。電流檢測電阻RSENSE與電感串聯，因此可以檢測連續電感電流，此電流可用于監測平均電流以及峰值或最小值電流。

圖5.31電阻與電感串聯檢測輸出電流

這種檢測方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通常可提供非常準確的電流檢測信號，以實現精確的限流和均流。但是，RSENSE也會引起額外的功

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)檢測電流，而不使用外部RSENSE，就是后面詳細講解的“方法三”。

串入精密電阻進行電流檢測即有優點，也有缺點。其優點為：測試準確，易于調試。其缺點為：增加能夠通過大電流的高精密電阻，增加成本，增加器件，降低電源效率。

方法二：利用下管MOSFET的Rds（on），如下圖5.32

圖5.32利用下管MOSFET的Rds（on）檢測輸出電流

利用MOSFET RDS(ON)進行電流檢測，可以實現簡單且經濟高效的電流檢測。它使用恒定導通時間谷值模式電流檢測架構。上管導通固定的時間，此后底部開關導通，其RDS壓降用于檢測電流最小值或電流下限。

利用MOSFET RDS(ON)進行電流檢測,這種方法雖然價格低廉，但有不少的缺點。首先，其RDS（ON）精度不高，RDS(ON)值可能在很大的范圍內變化（大約33%甚至更高）。其溫度系數可能也非常大，在100°C以上時甚至會超過80%。另外，必須考慮MOSFET寄生電感。

這種類型的檢測沒法用于電流非常高的情況，特別是不適合多相電路，此類電路需要良好的相位均流。

方法二是利用下管的Rds（on）的優點為：不增加額外器件、易于調試。方法二的缺點：需要在MOSFET的DS管腳兩端采樣電壓，下管的S端連接功率，干擾較大，測試結果不準確。

方法三、利用電感的DCR檢測輸出電流，如下圖5.33所示 。

電感直流電阻電流檢測采用電感繞組的寄生電阻來測量電流，從而無需檢測電阻。這樣可降低元件成本，提高電源效率。與MOSFET RDS(ON)相比，銅線繞組的電感DCR的器件間偏差通常較小，不過仍然會隨溫度而變化。它在低輸出電壓應用中受到青睞，因為檢測電阻上的任何壓降都代表輸出電壓的一個相當大部分。

這個方法通過一個阻抗網絡，非常巧妙地取到了電感上寄生電阻的阻值，實現了電流檢測。

圖5.33利用電感的DCR檢測輸出電流

通過上面公式的推導，可以看到：

通過配置電阻和電容的值，能夠巧妙的獲取電感中等效串阻DCR的阻值。

本文以及后續相關的系列，會細說Buck電路的一些細節。