【好文分享】幾種常用的電流檢測(cè)方法-KIA MOS管

RT1720 是一款最高輸入電壓可達(dá) 80V、輸出電壓可達(dá) 60V 的熱插拔控制器，它的作用是防止系統(tǒng)受到過(guò)高電壓和負(fù)電壓的攻擊，同時(shí)還能防范過(guò)電流可能導(dǎo)致的問(wèn)題，它的一種應(yīng)用電路大致如下圖所示：

為了檢測(cè)負(fù)載電流的大小，RSNS 被串接在電路中的 VCC 和 SNS 之間，流過(guò)它的電流會(huì)在其兩端形成電壓差，這個(gè)電壓差被檢測(cè)到以后與某個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，其間的差異被放大以后既可用于判斷是否過(guò)流了，也被用來(lái)驅(qū)動(dòng)電路中串接的 MOSFET 以實(shí)現(xiàn)限流動(dòng)作，這些作用可以從它的內(nèi)部電路框圖里看出來(lái)：

從圖中可以看到，RT1720 過(guò)流檢測(cè)的參考電壓是 50mV，這意味著 RSNS上的壓差低于 50mV 時(shí)誤差放大器的輸出狀態(tài)是不會(huì)有實(shí)質(zhì)性的改變的，而一旦超出就有了不同的性質(zhì)，所以我們?cè)O(shè)計(jì)它的過(guò)流檢測(cè)閾值時(shí)就會(huì)以這個(gè) 50mV 的數(shù)據(jù)來(lái)選擇電阻 RSNS的值。

Buck 轉(zhuǎn)換器中也有采用電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)的做法，下圖便是這樣的一個(gè)例子：

RT9534 是一款同步 Buck 架構(gòu)的充電 IC，最高輸入電壓可達(dá) 28V。為了實(shí)現(xiàn)精確的負(fù)載電流控制，它使用了串聯(lián)電阻的電流采樣方式，圖中的 RS1 便起這個(gè)作用。

如果電流比較小，使用電阻進(jìn)行采樣是比較合理的，電流大了以后便會(huì)有新的問(wèn)題出現(xiàn)。

在RT1720 的應(yīng)用中，假設(shè)過(guò)流保護(hù)閾值為 20A，則 RSNS= 50mV / 20A = 2.5mΩ，它在將要出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象的臨界點(diǎn)時(shí)所消耗的功率為 50mV x 20A =1000mW = 1W，這樣的消耗是否可以被接受，要看具體的應(yīng)用場(chǎng)合是怎樣的。

如果電流比較大，功耗會(huì)比較大，這種方法就比較難被接受了，所以需要尋找新的電流檢測(cè)方式。

這是 RT8129C 的應(yīng)用原理示意圖，它是一款 VCC 電壓范圍為 4.5V~13.2V——也就是可以用常見(jiàn)的 5V 或 12V 電源供電的 Buck 控制器，其轉(zhuǎn)換部分的輸入電壓范圍為 2.5V~25V，這樣的參數(shù)用在筆記本電腦、臺(tái)式電腦里都是沒(méi)有任何問(wèn)題的，我們可以從下圖看到它在輸入電壓分別為 5V、12V、19V 時(shí)為 DDR III 存儲(chǔ)器供電時(shí)的效率表現(xiàn)。

RT8129C 的應(yīng)用電路中不存在用于電流檢測(cè)的電阻，但它一樣具有過(guò)流保護(hù)的功能。它進(jìn)行電流檢測(cè)的方法是利用外接 MOSFET 下橋開(kāi)關(guān)的 RDS(ON) 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，

因?yàn)樵谙聵蜷_(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，從其源極流向其漏極的電流會(huì)在其導(dǎo)通電阻上形成一個(gè)電壓差，而所用 MOSFET 的導(dǎo)通阻抗 RDS(ON) 又是可以預(yù)知的，我們可以借助這兩個(gè)參數(shù)將流過(guò)的電流倒推出來(lái)，從而知道實(shí)際流過(guò)的電流的大小。

這種方式避免了在電路中使用電流檢測(cè)電阻，既可避免電阻的存在帶來(lái)的損耗，又降低了電路的成本，可謂是一舉多得。

RT8129C 進(jìn)行過(guò)流檢測(cè)閾值設(shè)定的方式也是非常節(jié)約的，我們可以從其原理圖中看到它的下橋驅(qū)動(dòng)端 LGATE 還有一個(gè)名稱叫做 OCSET，該端子外面有一個(gè)接地電阻，IC 在上電期間會(huì)通過(guò)內(nèi)部一個(gè)恒流源輸出一個(gè)電流來(lái)流過(guò)它以形成一個(gè)電壓，此電壓可被內(nèi)部電路采樣并儲(chǔ)存起來(lái)，以后就可以作為過(guò)流檢測(cè)的參考電壓來(lái)使用了。實(shí)現(xiàn)這部分功能的電路示意圖可以從下面的電路框圖的右下角看到：

在多相式 Buck 中大量使用的是一種被稱為 DCR 的電流檢測(cè)方法，它利用電感元件中的電阻成分來(lái)完成對(duì)流過(guò)它的電流大小的感知，下面先來(lái)看看它的應(yīng)用電路是怎樣的。

在這幅 RT3609BE 的應(yīng)用電路中，每相 Buck 的標(biāo)準(zhǔn)元件之外都出現(xiàn)了一些與電感并聯(lián)連接的 RC 網(wǎng)絡(luò)如 R49 + R50 +C20 和 R58 + R59 +C27，它們的作用就是把電感中流過(guò)的電流信息提取出來(lái)，其原理電路如下圖所示：

在這幅圖里，實(shí)際的電感已經(jīng)被分解為兩個(gè)元件的串聯(lián)：Lx 是電感器的電感成分，DCR 是電感器的直流電阻成分。

取樣電路是由 Rx1 和 Cx 構(gòu)成的，Rx2 的作用是在取樣信號(hào)的幅度太大時(shí)起到信號(hào)衰減的作用，所以僅作為可選項(xiàng)而存在。

這個(gè)式子里不存在任何與信號(hào)頻率有關(guān)的成分，所以通過(guò)這種方式得到的電壓信號(hào)與電感電流有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可以作為實(shí)用的電流檢測(cè)方式來(lái)使用。

這幾種電流檢測(cè)方式各有自己的優(yōu)勢(shì)，也有各自的不足。

電流檢測(cè)電阻可以做得很準(zhǔn)確，但是成本不低，而且會(huì)造成損耗。

利用 MOSFET 的 RDS(ON) 來(lái)測(cè)量電流，不存在引入新的元件損耗和增加成本的問(wèn)題，但 RDS(ON) 會(huì)隨著器件的不同而不同，還會(huì)隨著溫度的變化而變化，很難有非常準(zhǔn)確的結(jié)果。

利用電感器的 DCR 來(lái)測(cè)量電流不存在新的損耗問(wèn)題，但是需要引入新的檢測(cè)元件。不同電感器的 DCR 參數(shù)也是不一樣的，因此其精度就不可能很高。

沒(méi)有什么方案是絕對(duì)好或絕對(duì)壞的，每個(gè)方案都會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題，就像鎖鏈一樣永遠(yuǎn)不會(huì)斷絕。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ梢越邮鼙愫芎昧耍槐刈非筮^(guò)于理想化的結(jié)果。

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