該將放置感測電阻放置何處?
電流感測電阻的位置連同切換開關穩壓器架構決定了需感測的電流。感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)和平均輸出電流。感測電阻的位置會影響功率損耗、雜訊計算以及感測電阻監控電路看到的共模電壓。
放置在降壓調節器高側
對於降壓調節器而言,電流感測電阻有多個位置可以放置。當放置在頂部MOSFET的高側時(如圖1所示),它會在頂部MOSFET導通時感測峰值電感電流,從而可用於峰值電流模式控制電源。但是,當頂部MOSFET關斷且底部MOSFET導通時,它不測量電感電流。

圖1.帶高端RSENSE的降壓轉換器
在這種配置中,電流感測可能有很高的雜訊,原因是頂部MOSFET的導通邊緣具有很強的切換開關電壓振盪。為使這種影響較小,需要一個較長的電流比較器消隱時間(比較器忽略輸入的時間)。而這會限制最小切換開關導通時間,並且可能限制最小工作週期(工作週期 = VOUT/VIN)和最大轉換器降壓比。注意在高側配置中,電流訊號可能位於非常大的共模電壓(VIN)之上。
放置在降壓調節器低端
圖2中,感測電阻位於底部MOSFET下方。在這種配置中,它感測谷值模式電流。為了進一步降低功率損耗並節省元件成本,底部FET RDS(ON)可用來感測電流,而不必使用外部電流感測電阻RSENSE。

圖2.帶低側RSENSE的降壓轉換器
這種配置通常用於谷值模式控制的電源。它對雜訊可能也很敏感,但在這種情況下,它在工作週期較大時相當敏感。谷值模式控制的降壓轉換器支援高降壓比,但由於其切換開關導通時間是固定/受控的,故最大工作週期有限。
降壓調節器與電感串聯
圖3中,電流感測電阻RSENSE與電感串聯,因此可以感測連續電感電流,此電流可用於監測平均電流以及峰值或谷值電流。所以,此配置支援峰值、谷值或平均電流模式控制。

圖3.RSENSE與電感串聯
這種感測方法可提供優質的訊號雜訊比性能。外部RSENSE通常可提供非常準確的電流感測訊號,以實現精準的限流和均流。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)感測電流,而不使用外部RSENSE。
放置在升壓和反相調節器的高側
對於升壓調節器,感測電阻可以與電感串聯,以提供高側感測(圖4)。

圖4.帶高側RSENSE的升壓轉換器
升壓轉換器具有連續輸入電流,因此會產生三角波形並持續監測電流。
放置在升壓和反相調節器的低側
感測電阻也可以放在底部MOSFET的低側,如圖5所示。此處監測峰值切換開關電流(也是峰值電感電流),每半個週期產生一個電流波形。MOSFET開關切換導致電流訊號具有很強的切換開關雜訊。

圖5.帶低端RSENSE的升壓轉換器
SENSE電阻放置在升降壓轉換器低側或與電感串聯
圖6顯示了一個4開關升降壓轉換器,其感測電阻位於低端。當輸入電壓遠高於輸出電壓時,轉換器工作在降壓模式;當輸入電壓遠低於輸出電壓時,轉換器操作在升壓模式。在此電路中,感測電阻位於4-switch H橋配置的底部。元件的模式(降壓模式或升壓模式)決定了監測的電流。

圖6.RSENSE位於低側的升降壓轉換器
在降壓模式下(開關D持續導通,切換開關C持續關斷),感測電阻監測底部切換開關B電流,電源用作穀值電流模式降壓轉換器。
在升壓模式下(切換開關A持續導通,切換開關B持續關斷),感測電阻與底部MOSFET (C)串聯,並在電感電流上升時測量峰值電流。在這種模式下,由於不監測谷值電感電流,因此當電源處於輕負載狀態時,很難感測負電感電流。負電感電流意味著電能從輸出端傳回輸入端,但由於這種傳輸會有損耗,故效率會受損。對於電池供電系統等應用,輕負載效率很重要,這種電流感測方法不合需要。
圖7電路解決了這個問題,其將感測電阻與電感串聯,從而在降壓和升壓模式下均能連續測量電感電流訊號。由於電流感測RSENSE連接到具有高切換開關雜訊的SW1節點,因此需要精心設計控制器IC,使內部電流比較器有足夠長的消隱時間。

圖7.LT8390升降壓轉換器,RSENSE與電感串聯
輸入端也可以添加額外的感測電阻,以實現輸入限流;或者添加在輸出端(如下圖所示),用於電池充電或驅動LED等恒定輸出電流應用。這種情況下需要平均輸入或輸出電流訊號,因此可在電流感測路徑中增加一個強RC濾波器,以減少電流感測雜訊。
上述大多數例子假定電流感測元件為感測電阻。但這不是強制要求,而且實際上往往並非如此。其他感測技術包括使用MOSFET上的壓降或電感的直流電阻(DCR)。這些電流感測方法將在第三部分"電流感測方法"中介紹。