10个知识点给你讲明白开关模式下的电源电流检测
- 型号:LDX-K3050
- 输出电压:0-30V 输出电流:0-50A
- 来源:大功率直流稳压电源
- 发布时间:2024-06-23 16:15:14
- 技术在现今的生活与工作中都有广泛的应用,许多的系统中都需要检测流入和流出的电流的大小,检测电流的
技术在现今的生活与工作中都有广泛的应用,许多的系统中都需要检测流入和流出的电流的大小,检测电流的大小可避开器件出错。所以我们今天的主角就是“
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,被大范围的使用在开关模式电源。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。图1显示了 ADI LTC3855同步开关模式降压电源的电流检测电路。LTC3855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。
图2显示了两种情况下电感电流的示波器图像: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 A供电轨上测量
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(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 × IINDUCTOR (IL)等于最大电流检测电压,以保护器件和下游电路(图中用“2”表示)。然后,内置电流折返限制(图中数字“3”)逐步降低电感电流,以将热应力降至最低。
电流检测还有别的作用。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,它可以有效的预防电流反向流动,来提升效率(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,来提升电路效率。对需要电流源的负载,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等应用。
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。■ 放置在降压调节器高端
在这种配置中,电流检验测试可能有很高的噪声,原因是顶部 MOSFET的导通边沿有着非常强的开关电压振荡。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。
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,但在这样的一种情况下,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。
这种检测的新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。为减少功率损耗和成本,可通过电感线圈直流电阻(DCR)检测电流,而不使用外部RSENSE。
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,这种电流检测的新方法不合需要。
输入端也能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。
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会降低。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。
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,应避开使用。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,不恰当的布局可能会影响稳定性并加剧现有电路设计问题。
为使电阻ESL最小,应避开使用具有长环路(如绕线电阻)或长引线(如厚电阻)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。
虽然价格低,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,若使用外部MOSFET,则一定要考虑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,此类电路要良好的相位均流。
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MOSFET 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(图15)。
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,最优选择较低的R1值。
使用RSENSE和DCR两种检测的新方法时,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(图5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(如LTC3855)具有温度补偿DCR检测功能,可提高整个温度范围内的精度。
表1中提到的每种方法都为开关模式电源提供额外的保护。取决于设计的基本要求,精度、效率、热应力、保护和瞬态性能方面的权衡都可能会影响选择过程。电源设计人需要审慎选择电流检测的新方法和功率电感,并正确设计电流检测网络。ADI LTpowerCAD设计工具和LTspice®电路仿真工具等计算机软件程序,对简化设计工作并获得最佳结果会大有帮助。
还有其他电流检测的新方法可供使用。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,还只有少数的数据来推断DrMOS在检测信号的精度和质量方面表现如何。
LTspice是一款强大、快速、免费的仿真工具、原理图采集和波形查看器,具有增强功能和模型,可改善开关稳压器的仿真。
用户关心的ACPL-33XJ驱动光耦和ACPL-C79X隔离放大器联合应用技巧
德州仪器推出新款高精准度的霍尔效应传感器和集成式分流器,进一步简化电流检测
上一篇:华为宣布参加2024 MWC上海大会!官方首次公布5GA网络标识
LATEST NEWS
新闻中心
- 华盛昌与您相约重庆第58·59届高博会2024-09-07
- 直流电阻测验仪电源的运用方法2024-09-07
- 直流稳压电源设计及其串联应用2024-09-07
- 直流稳压电源主要功能检验、丈量办法2024-09-07
- 程控直流稳压电源2024-09-07
- 医用24V直流稳压电源呼吸机转化开关的规划与运用2024-09-07