开关电源之“电流检测”
创始人
2025-12-09 15:10:09
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(1)开关电源定义:

开关电源(Switching Power Supply,简称 SPS)是一种通过高频开关器件(如 MOSFET、IGBT)的导通 / 关断控制(频率通常为几十 kHz~MHz),将输入电能(交流 AC 或直流 DC)转换为目标直流电压 / 电流的电源设备,核心特点是 “高频开关 + 能量存储 / 转换”,是目前电子设备中应用最广泛的电源类型(小到手机充电器,大到工业变频器、服务器电源)。

举例:如手机充电器将 220V 交流电转为 5V/9V 直流,服务器电源将 380V 交流电转为 12V/5V 直流。

只要是需要稳定输出、安全运行的开关电源(从手机充电器到工业大功率电源),都离不开电流检测,只是不同功率、场景会选择不同检测方案(如小功率用采样电阻,大功率用霍尔传感器)

酷冷至尊的一款型号为460的电源铭牌

(二)开关模式电源有三种常用电流检测方法

其中,使用检测电阻,使用MOSFETRDS(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。

1)检测电阻电流

作为电流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100ppm/°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。

2)基于功率MOSFET的电流检测

利用MOSFETRDS(ON)进行电流检测,可以实现简单且经济高效的电流检测。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电流检测架构。顶部开关导通固定的时间,此后底部开关导通,其RDS压降用于检测电流谷值或电流下限。

每种方法都为开关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电流检测方法和功率电感,并正确设计电流检测网络。

3)电感DCR电流检测

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MOSFETRDS(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。

其他电流检测方法

还有其他电流检测方法可供使用。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。

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