武松娱乐电流检测方法,这样讲就明白了

2019-04-11 14:25字体:
  
  武松娱乐检测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武松娱乐大小,检测武松娱乐大小能够避免器件出错。所以我们今天的主角就是“武松娱乐模式电源的武松娱乐检测技术”。
 
  本文由ADI电源产品应用工程总监Henry Zhang和电源产品部门产品营销经理Kevin Scott撰写。
 
  基本知识谈
 
  武松娱乐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,被广泛用于武松娱乐模式电源。武松娱乐检测信号是武松娱乐模式武松娱乐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同步武松娱乐模式降压电源的武松娱乐检测电路。LTC3855是一款具有逐周期限流功能的武松娱乐模式控制器件。检测电阻RS监测武松娱乐。
 
  图1.武松娱乐模式电源武松娱乐检测电阻(RS)
 
  图2显示了两种情况下电感武松娱乐的示波器图像:第一种情况使用电感武松娱乐能够驱动的负载(红线),而在第二种情况下,输出短路(紫线)。
 
  图2.LTC3855限流与折返示例,在1.5 V/15 A供电轨上测量
 
  最初,峰值电感武松娱乐由选定的电感值、电源武松娱乐导通时间、电路的输入和输出电压以及负载武松娱乐设置(图中用“1”表示)。当电路短路时,电感武松娱乐迅速上升,直至达到限流点,即RS×IINDUCTOR(IL)等于最大武松娱乐检测电压,以保护器件和下游电路(图中用“2”表示)。然后,内置武松娱乐折返限制(图中数字“3”)进一步降低电感武松娱乐,以将热应力降至最低。
 
  武松娱乐检测还有其他作用。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,它可以防止武松娱乐反向流动,从而提高效率(反向武松娱乐指反向流过电感的武松娱乐,即从输出到输入的武松娱乐,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,武松娱乐检测可用来减少所需的相数,从而提高电路效率。对于需要武松娱乐源的负载,武松娱乐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。
 
  检测电阻放哪最合适?
 
  武松娱乐检测电阻的位置连同武松娱乐稳压器架构决定了要检测的武松娱乐。检测的武松娱乐包括峰值电感武松娱乐、谷值电感武松娱乐(连续导通模式下电感武松娱乐的最小值)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
 
  对于降压调节器,武松娱乐检测电阻有多个位置可以放置。当放置在顶部MOSFET的高端时(如图3所示),它会在顶部MOSFET导通时检测峰值电感武松娱乐,从而可用于峰值武松娱乐模式控制电源。但是,当顶部MOSFET关断且底部MOSFET导通时,它不测量电感武松娱乐。
 
  图3.带高端RSENSE的降压转换器
 
  在这种配置中,武松娱乐检测可能有很高的噪声,原因是顶部MOSFET的导通边沿具有很强的武松娱乐电压振荡。为使这种影响最小,需要一个较长的武松娱乐比较器消隐时间(比较器忽略输入的时间)。这会限制最小武松娱乐导通时间,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,武松娱乐信号可能位于非常大的共模电压(VIN)之上。
 
  放置在降压调节器低端
 
  图4中,检测电阻位于底部MOSFET下方。在这种配置中,它检测谷值模式武松娱乐。为了进一步降低功率损耗并节省元件成本,底部FET RDS(ON)可用来检测武松娱乐,而不必使用外部武松娱乐检测电阻RSENSE。
 
  图4.带低端RSENSE的降压转换器
 
  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,但由于其武松娱乐导通时间是固定/受控的,故最大占空比有限。
 
  降压调节器与电感串联
 
  图5中,武松娱乐检测电阻RSENSE与电感串联,因此可以检测连续电感武松娱乐,此武松娱乐可用于监测平均武松娱乐以及峰值或谷值武松娱乐。所以,此配置支持峰值、谷值或平均武松娱乐模式控制。
 
  图5.RSENSE与电感串联
 
  这种检测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武松娱乐检测信号,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。为了减少功率损耗和成本,可以利用电感线圈直流电阻(DCR)检测武松娱乐,而不使用外部RSENSE。
 
  放置在升压和反相调节器的高端
 
  对于升压调节器,检测电阻可以与电感串联,以提供高端检测(图6)。
 
  图6.带高端RSENSE的升压转换器
 
  升压转换器具有连续输入武松娱乐,因此会产生三角波形并持续监测武松娱乐。
 
  放置在升压和反相调节器的低端
 
  检测电阻也可以放在底部MOSFET的低端,如图7所示。此处监测峰值武松娱乐武松娱乐(也是峰值电感武松娱乐),每半个周期产生一个武松娱乐波形。MOSFET武松娱乐切换导致武松娱乐信号具有很强的武松娱乐噪声。
 
  图7.带低端RSENSE的升压转换器
 
  SENSE电阻放置在升降压转换器低端或与电感串联
 
  图8显示了一个4武松娱乐升降压转换器,其检测电阻位于低端。当输入电压远高于输出电压时,转换器工作在降压模式;当输入电压远低于输出电压时,转换器工作在升压模式。在此电路中,检测电阻位于4武松娱乐H桥配置的底部。器件的模式(降压模式或升压模式)决定了监测的武松娱乐。
 
  图8.带低端RSENSE的升压转换器
 
  在降压模式下(武松娱乐D一直导通,武松娱乐C一直关断),检测电阻监测底部武松娱乐B武松娱乐,电源用作谷值武松娱乐模式降压转换器。
 
  在升压模式下(武松娱乐A一直导通,武松娱乐B一直关断),检测电阻与底部MOSFET(C)串联,并在电感武松娱乐上升时测量峰值武松娱乐。在这种模式下,由于不监测谷值电感武松娱乐,因此当电源处于轻负载状态时,很难检测负电感武松娱乐。负电感武松娱乐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,这种武松娱乐检测方法不合需要。
 
  图9电路解决了这个问题,其将检测电阻与电感串联,从而在降压和升压模式下均能连续测量电感武松娱乐信号。由于武松娱乐检测RSENSE连接到具有高武松娱乐噪声的SW1节点,因此需要精心设计控制器IC,使内部武松娱乐比较器有足够长的消隐时间。
 
  图9.LT8390升降压转换器,RSENSE与电感串联
 
  输入端也可以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等恒定输出武松娱乐应用。这种情况下需要平均输入或输出武松娱乐信号,因此可在武松娱乐检测路径中增加一个强RC滤波器,以减少武松娱乐检测噪声。
 
  武松娱乐检测方法使用说明书
 
  武松娱乐模式电源有三种常用武松娱乐检测方法是:使用检测电阻,使用MOSFET RDS(ON),以及使用电感的直流电阻(DCR)。每种方法都有优点和缺点,选择检测方法时应予以考虑。
 
  检测电阻武松娱乐传感
 
  作为武松娱乐检测元件的检测电阻,产生的检测误差最低(通常在1%和5%之间),温度系数也非常低,约为100 ppm/°C(0.01%)。在性能方面,它提供精度最高的电源,有助于实现极为精确的电源限流功能,并且在多个电源并联时,还有利于实现精密均流。
 
  图10.RSENSE武松娱乐检测
 
  另一方面,因为电源设计中增加了武松娱乐检测电阻,所以电阻也会产生额外的功耗。因此,与其他检测技术相比,检测电阻武松娱乐监测技术可能有更高的功耗,导致解决方案整体效率有所下降。专用武松娱乐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。
 
  选择检测电阻时不应忽略的另一个参数是其寄生电感(也称为有效串联电感或ESL)。检测电阻可以用一个电阻与一个有限电感串联来正确模拟。
 
  图12.RSENSE ESL模型
 
  此电感取决于所选的特定检测电阻。某些类型的武松娱乐检测电阻,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,应避免使用。一般来说,ESL效应会随着武松娱乐的增加、检测信号幅度的减小以及布局不合理而变得更加明显。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,不恰当的布局可能影响稳定性并加剧现有电路设计问题。
 
  检测电阻ESL的影响可能很轻微,也可能很严重。ESL会导致武松娱乐栅极驱动器发生明显振荡,从而对武松娱乐导通产生不利影响。它还会增加武松娱乐检测信号的纹波,导致波形中出现电压阶跃,而不是预期的如图13所示的锯齿波形。这会降低武松娱乐检测精度。
 
  图13.RSENSE ESL可能会对武松娱乐检测产生不利影响
 
  为使电阻ESL最小,应避免使用具有长环路(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。
 
  基于功率MOSFET的武松娱乐检测
 
  利用MOSFET RDS(ON)进行武松娱乐检测,可以实现简单且经济高效的武松娱乐检测。LTC3878是一款采用这种方法的器件。它使用恒定导通时间谷值模式武松娱乐检测架构。顶部武松娱乐导通固定的时间,此后底部武松娱乐导通,其RDS压降用于检测武松娱乐谷值或武松娱乐下限。
 
  图14.MOSFET RDS(ON)武松娱乐检测
 
  虽然价格低廉,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,如果使用外部MOSFET,则必须考虑MOSFET寄生封装电感。这种类型的检测不建议用于武松娱乐非常高的情况,特别是不适合多相电路,此类电路需要良好的相位均流。
 
  电感DCR武松娱乐检测
 
  电感直流电阻武松娱乐检测采用电感绕组的寄生电阻来测量武松娱乐,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)。
 
  图15.电感DCR武松娱乐检测
 
  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武松娱乐成正比。为了最大限度地减少测量误差和噪声,最好选择较低的R1值。
 
  电路不直接测量电感武松娱乐,因此无法检测电感饱和。推荐使用软饱和的电感,如粉芯电感。与同等铁芯电感相比,此类电感的磁芯损耗通常较高。与RSENSE方法相比,电感DCR检测不存在检测电阻的功率损耗,但可能会增加电感的磁芯损耗。
 
  使用RSENSE和DCR两种检测方法时,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.武松娱乐检测方法的优缺点
 
  表1中提到的每种方法都为武松娱乐模式电源提供额外的保护。取决于设计要求,精度、效率、热应力、保护和瞬态性能方面的权衡都可能影响选择过程。电源设计人员需要审慎选择武松娱乐检测方法和功率电感,并正确设计武松娱乐检测网络。ADI公司的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。
 
  其他武松娱乐检测方法
 
  还有其他武松娱乐检测方法可供使用。例如,武松娱乐检测互感器常常与隔离电源一起使用,以跨越隔离栅对武松娱乐信号信息提供保护。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)和武松娱乐检测的新型功率MOSFET也已出现,但到目前为止,还没有足够的数据来推断DrMOS在检测信号的精度和质量方面表现如何。
 
  软件推荐
 
  LTspice
 
  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,可改善武松娱乐稳压器的仿真。
 
  LTpowerCAD
 
  LTpowerCAD设计工具是一款完整的电源设计工具程序,可显著简化电源设计任务。它引导用户寻找解决方案,选择功率级元件,提供详细效率信息,显示快速环路波特图稳定性和负载瞬态分析,并可将最终设计导出至LTspice进行仿真。      

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