降壓轉(zhuǎn)換器是最常見的電源拓?fù)?，電源工程師深知其?qiáng)項(xiàng)和弱點(diǎn)。電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)之一是電流檢測。在降壓轉(zhuǎn)換器中，一種廣為流行的簡便方法是 DCR 電流檢測。說它簡便，是因?yàn)檫@種方法不會(huì)使電源設(shè)計(jì)增加額外的成本或功耗，但人所共知的是，這種電路準(zhǔn)確度很低，尤其是使用小型、低ESR電感器時(shí)，更是這樣。

圖1：DCR電流檢測電路

RC值的計(jì)算足夠簡單，，其中：

L=L1的電感值；

DCR=電感器L1的DC電阻；

R=圖1原理圖中的R2（或者，如果有R3存在，就是R2和R3的并聯(lián)）；

C=圖1原理圖中的C1。

請注意，在圖1中，如果ISENSE峰值信號的幅度使差分放大器飽和，那么就增加R3，以降低該峰值信號幅度，使其處于差分放大器的規(guī)定范圍內(nèi)。

簡便總是受歡迎的，但如常理所言，“便宜無好貨，好貨不便宜”。這種電路的準(zhǔn)確度非常差。

首先，電感器的DCR有很寬的容限范圍，± 7%甚或±10%是很常見的。

圖2：電感器DCR的典型規(guī)格

如果初始容限為10%，那么圖1所示180nH電感器的DCR可能低至261mΩ或高達(dá)319mΩ。雪上加霜的是，電感器會(huì)發(fā)熱，銅線繞組的溫度系數(shù)為3930PPM/oC或0.393%/oC。如果應(yīng)用的溫度上升至比環(huán)境溫度高35oC，電感器本身發(fā)熱使溫度再上升35oC，那么標(biāo)稱DCR就可能升至：

比標(biāo)稱值增大35%。

最差情況的上限為：

 比標(biāo)稱值增大40%。

最差情況的下限為：

比標(biāo)稱值增大15%（總誤差更低，是因?yàn)殂~線的正系數(shù)補(bǔ)償了電感器的低初始值）。

從工程設(shè)計(jì)的角度來看，這確實(shí)很糟糕，因?yàn)檫^流標(biāo)記和過流停機(jī)都是基于這些電阻設(shè)定的。如果電路太敏感，就會(huì)在沒有達(dá)到需要停機(jī)的程度就停機(jī)了。這不是我們想要的結(jié)果。如果電路不敏感，就會(huì)有電感器和功率FET壓力過大的風(fēng)險(xiǎn)。這更不是我們想要的結(jié)果。

情況能糟糕到什么程度？

假定正在設(shè)計(jì)一個(gè)能在1V時(shí)提供最大35A的電路（現(xiàn)在，對一個(gè)切合實(shí)際的單相降壓轉(zhuǎn)換器而言，這個(gè)數(shù)值是合乎情理的）。如果電感器DCR處在容限低端，那么輸出得到35A時(shí)，控制器認(rèn)為提供了40A。這意味著，OCP不能設(shè)定為低于40A，否則電源會(huì)在標(biāo)稱負(fù)載時(shí)停機(jī)。

反過來，當(dāng)OCP設(shè)定為40A，電感器DCR增大10%時(shí)，情況會(huì)變得多糟糕？

在這種情況下，實(shí)際負(fù)載電流為40A，但DCR為407μΩ，因此控制器認(rèn)為，輸出電流是65A。這意味著，OCP需要設(shè)定為65A，如果不設(shè)定為這個(gè)數(shù)值，就有在不到40A時(shí)就出現(xiàn)OCP停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。這似乎不能接受，可一旦OCP設(shè)定為65A，電路就必須設(shè)計(jì)成，在偶爾準(zhǔn)確報(bào)告電流的情況下，也得連續(xù)提供這么大的電流。這意味著輸出電感器和功率FET嚴(yán)重過度設(shè)計(jì)，電源必須提供35A，但卻必須按照能夠連續(xù)提供65A來設(shè)計(jì)。而且，使情況更糟的是，電感器中的電流除了有DC分量，還存在峰值至峰值紋波。這個(gè)紋波有多大呢？對紋波電流而言，常用設(shè)計(jì)原則是20%。這意味著，逐周期限流值必須設(shè)定為高于65A，因此保護(hù)輸出FET的能力就變得非常成問題了。

猜猜看，如果針對30%紋波電流來設(shè)計(jì)，會(huì)發(fā)生什么情況？

然后，你會(huì)意識到，典型電流檢測電壓范圍為10mV至20mV。如果在一個(gè)電源中，有開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴，有輸出電感器產(chǎn)生的雜散磁場，還有電流在旁路電容器和輸出電容器中流通，那么就很難得到可以接受的信噪比（SNR）。要想信號質(zhì)量還有任何希望的話，電流檢測連接線必須仔細(xì)布置成差分對（因此，所拾取的任何噪聲都是共模的），并布置得遠(yuǎn)離電感器、開關(guān)節(jié)點(diǎn)和大電流/高頻電流回路。這在空間受限的設(shè)計(jì)中是很難的，一如現(xiàn)在空間受限設(shè)計(jì)中的一切看起來都很難一樣。

圖3：開爾文電感器電流檢測布線

我們能做什么？

首先，通過使用熱敏電阻器或溫度檢測二極管（通常是小型晶體管中正向偏置的PNP基-射節(jié)），可以基于經(jīng)驗(yàn)估計(jì)出電感器的溫度。通過這種方式，可以調(diào)節(jié)銅線繞組電阻的熱響應(yīng)。這太有幫助了。工程師們真是太了不起了。如果我們確實(shí)做得非常仔細(xì)，那么最好的結(jié)果有可能達(dá)到±10%。

我們還能做什么？

我們可以無視簡便的DCR電路，給輸出電感器串聯(lián)一個(gè)昂貴的、溫度穩(wěn)定的電流檢測電阻器。這增加了成本，損害了轉(zhuǎn)換器的效率，但是憑借良好的差分信號布線，我們能夠以高得多的準(zhǔn)確度檢測輸出電流。隨著容限累積，我們可以得到±5%或更好的總體電流檢測性能。工程師們在設(shè)計(jì)評審中既證明了這種方案的合理性，又避開了對其設(shè)計(jì)影響效率和成本的批評，他們的勇氣令我欽佩。

使用一個(gè)由溫度穩(wěn)定的合金繞組構(gòu)成的電感器如何？這個(gè)想法一露頭，我的心就被嚇得狂跳不止了。

還有其他方法嗎？

有個(gè)東西比電流檢測電阻器好。讓功率鏈路器件報(bào)告其電流。這種方法運(yùn)用良好設(shè)計(jì)的智能電源狀態(tài)（SPS），雖然增加了電流檢測成本，但是能夠提供與標(biāo)稱輸出要求非常接近的峰值功率能力，二者功過相抵。結(jié)果是，大大減少了過度設(shè)計(jì)功率鏈路元件導(dǎo)致的浪費(fèi)。對這種電流檢測方法我們可以寄予多大期望？就合理的運(yùn)行區(qū)域而言（不要期望輸出電流處在零附近時(shí)出現(xiàn)奇跡），我們可以得到±1%初始準(zhǔn)確度，隨著老化和溫度變化，最差的容限為±2%。朋友，這就是我想要的圣誕禮物了。

技術(shù)在前進(jìn)，一年又一年，為工程師們提供了越來越好的基本構(gòu)件。簡便的DCR電流檢測電路還是隨風(fēng)而去吧。