电流模式控制因其高可靠性、简单的环路补偿设计以及简单可靠的负载共享能力而广泛用于开关模式电源。电流检测信号是电流模式开关模式电源设计的重要组成部分;它用于调节输出，还提供过流保护。

　　图 1 显示了 LTC3855 同步开关模式降压电源的电流感应电路。LTC3855 是一款具有逐周期电流限制功能的电流模式控制器件。检测电阻 RS 监控电流。

　　图 1：开关模式电源电流感应电阻器 （RS）。
　　图 2 显示了两种情况下的电感电流示波器图像：一种情况是电感电流能够驱动的负载（红线），第二种情况是输出短路（紫线）。

　　LTC3855折返电流限制示例，如 1.5 V/15 A 电源轨上所示。

　　图 2：LTC3855折返示例的电流限制，如 1.5 V/15 A 电源轨上所示。
　　初，峰值电感电流由所选电感值、电源开关导通时间、电路的输入和输出电压以及负载电流（在图中用“1”表示）设置。当发生短路时，电感电流迅速上升，直到在 RS× I 电感 （IL） 等于电流感应电压时达到电流限制，从而保护器件和下游电路（图中用“2”表示）。之后，内置电流折返限制（图中的数字“3”）进一步降低电感电流以化热应力。
　　电流感应还用于其他目的。它允许在多相电源设计中实现的电流共享。对于轻负载电源设计，它可用于通过防止反向电流流动来提高效率（反向电流是以相反方式流过电感的电流，从输出流向输入，这在某些应用中可能是不可取的，甚至是破坏性的）。此外，当多相应用负载较轻时，可以使用电流感应来减少所需的相数，从而提高电路效率。对于需要电流源的负载，电流感应可以将电源转换为恒流源，用于 LED 驱动、电池充电和驱动激光器等应用。
　　　图 3：带有高侧 RSENSE 的降压转换器。
　　电流检测电阻器的放置与开关稳压器架构相结合，决定了被检测的电流。感应到的电流包括峰值电感电流、谷值电感电流（处于连续导通模式下的电感电流值）和平均输出电流。检测电阻的位置会影响功率损耗、噪声计算和检测电阻监控电路看到的共模电压。
　　降压稳压器高侧布局
　　对于降压稳压器，电流检测电阻器可以放置在多个位置。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电流，因此可用于峰值电流模式控制电源。但是，当顶部 MOSFET 关闭而底部 MOSFET 导通时，它不会测量电感电流。
　　在这种配置中，电流感应可能会有噪声，因为顶部 MOSFET 的导通边沿具有很强的开关电压振铃。为了限度地减少这种影响，需要一个较长的电流比较器消隐时间 （比较器忽略输入的时间）。这限制了开关导通时间，并可能限制占空比 （占空比 = VOUT/VIN） 和转换器降压比。请注意，在高端配置中，电流信号可以位于非常大的共模电压 （VIN） 之上。
　　降压稳压器 Low-Side Placement（降压稳压器低侧布局）
　　在图 4 中，检测电阻器位于底部 MOSFET 的下方。在此配置中，它检测谷值模式电流。为了进一步降低功率损耗并节省元件成本，可以使用底部 FET RDS（ON） 来感应电流，而无需使用外部电流感应电阻器 RSENSE。
　　　　图 4：具有低侧 RSENSE 的降压转换器。
　　此配置通常用于谷值模式受控电源。它也可能对噪声敏感，但在这种情况下，当占空比较大时，它很敏感。谷值模式控制的降压转换器可实现高降压比;然而，由于其固定/受控的开关开启时间，其占空比受到限制。
　　降压稳压器与电感器串联的布局
　　在图 5 中，电流感应电阻器 RSENSE 与电感串联，以便它可以检测连续电感电流，可用于平均电流监测和峰值或谷值电流监测。因此，此配置允许峰值、谷值或平均电流模式控制。
　　　图 5：RSENSE 与电感器串联。
　　这种传感方法提供了的信噪比性能。外部 RSENSE 通常可以提供非常的电流感应信号，以实现的电流限制和共享。然而，RSENSE 也会导致额外的功率损耗和组件成本。为了降低功率损耗和成本，可以使用电感绕组直流电阻 （DCR） 来感应电流，而无需外部 RSENSE。
　　升压和反相稳压器的高侧布局

　　对于升压（升压）稳压器，检测电阻可以与提供高侧检测的电感串联放置（图 6）。

　　图 6：采用高端 RSENSE 的升压转换器。
　　由于升压具有连续的输入电流，因此会产生三角波形并持续监控电流。
　　降压-升压低侧 SENSE 电阻器放置或与电感串联
　　下面的图 8 显示了一个 4 开关降压-升压转换器，其中检测电阻器位于低侧。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。在该电路中，检测电阻器位于 4 开关 H 桥配置的底部。器件的模式（buck 模式或 boost 模式）决定了被监控的电流。
　　图 8：RSENSE 位于低侧的降压-升压。
　　在降压模式下 （开关 D 始终导通，开关 C 始终关断），检测电阻器监控底部开关 B 电流，电源作为谷值电流模式降压转换器运行。
　　在升压模式下（开关 A 始终导通，开关 B 始终关断），检测电阻器与底部 MOSFET （C） 串联，并在电感电流上升时测量峰值电流。在这种模式下，由于没有监控谷值电感电流，因此当电源处于轻负载状态时，很难检测到负电感电流。负电感电流意味着能量只是从输出传输回输入，但由于与传输相关的损耗，效率会受到影响。对于轻负载效率很重要的电池供电系统等应用，这种电流检测方法是不可取的。
　　图 9 中的电路通过将检测电阻器与电感串联来解决这个问题，以便在降压和升压模式下连续测量电感电流信号。由于电流检测 RSENSE 连接到具有高开关噪声的 SW1 节点，因此需要仔细设计控制器 IC，以便为内部电流比较器留出足够的消隐时间。
　　　图 9：RSENSE 与电感器串联的 LT8390 降压-升压转换器。
　　还可以在输入端添加一个额外的检测电阻器，用于输入电流限制，或在输出端（如下所示）添加一个额外的检测电阻器，用于恒定输出电流应用，例如电池充电或驱动 LED。在这种情况下，由于需要平均输入或输出电流信号，因此可以在电流感应路径中添加一个强大的 RC 滤波器，以降低电流感应噪声。
　　在上述大多数示例中，电流检测元件被假定为检测电阻器。然而，这并非必须如此，而且通常情况并非如此。其他传感技术包括使用 MOSFET 两端的压降或电感的直流电阻 （DCR）。这些电流检测方法在第 3 部分 “电流检测方法”中介绍。
　　开关模式电源常用的三种电流传感方法是：使用感应电阻器、使用 MOSFET RDS（ON） 和使用电感器的直流电阻 （DCR）。每种方法都有优点和缺点，在选择一种方法而不是另一种方法时应考虑这些优点和缺点。
　　检测电阻器电流感应
　　作为电流传感元件的检测电阻器可实现的传感误差（通常在 1% 到 5% 之间）和非常低的温度系数，约为 100 ppm/°C （0.01%）。它在性能方面提供的电源，有助于提供非常的电源电流限制，并且还有助于在多个电源并联时实现的电流共享。
　　图 10：RSENSE 电流感应。
　　另一方面，由于电源设计中增加了电流检测电阻器，因此该电阻器也会产生额外的功率耗散。因此，与其他检测技术相比，检测电阻电流监测技术可能具有更高的功耗，从而导致解决方案的整体效率略有降低。专用电流检测电阻器也可能增加解决方案成本，因为检测电阻器的成本通常在 0.05 美元到 0.20 美元之间。
　　选择检测电阻器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）。检测电阻器被正确建模为具有有限电感的串联电阻器。
　　　图 11：RSENSE ESL 模型。
　　该电感取决于所选的特定检测电阻器。某些类型的电流传感电阻器（例如金属板电阻器）具有低 ESL，是。相比之下，由于封装结构的原因，绕线感应电阻器具有较高的 ESL，应避免使用。一般来说，随着电流水平的增加、传感信号幅度的减小和布局不当，ESL 效应变得更加明显。电路的总电感还包括元件引线和其他电路元件引起的寄生电感。电路的总电感也受布局的影响，因此必须适当考虑元件的布局;不正确的放置会影响稳定性并加剧现有的电路设计问题。
　　检测电阻 ESL 的影响可轻可重。ESL 会导致开关栅极驱动器上出现明显的振铃，从而对开关导通产生不利影响。它还会在电流检测信号上增加纹波，从而在波形中产生电压阶跃，而不是图 12 所示的预期锯齿波。这会降低电流检测精度。
　　为了化电阻 ESL，请避免使用具有长回路（如绕线电阻器）或长引线（如高尺寸电阻器）的检测电阻器。薄型表面贴装器件;示例包括板结构 SMD 尺寸 0805、1206、2010 和 2512;更好的选择包括反向几何 SMD 尺寸 0612 和 1225。
　　基于 MOSFET 的功率电流传感
　　通过使用 MOSFET RDS（ON） 进行电流感应，可实现简单且经济高效的电流感应。LTC3878 是使用此方法的设备。它采用恒定导通时间、谷值模式电流传感架构。在这里，顶部开关打开固定时间，之后底部开关打开，其 RDS 压降用于检测电流谷值或电流下限。
　　虽然价格低廉，但这种方法也有一些缺点。首先，它不是很准确;RDS（ON） 值范围可能存在很大变化（大约 33% 或更多）。它也可以具有非常大的温度系数;超过 100°C 的 80% 值也不是不可能的。此外，如果使用外部 MOSFET，则必须考虑 MOSFET 寄生封装电感。对于非常高的电流水平，不建议进行这种类型的感应，尤其是对于需要良好相均流的多相电路。
　　　图 12：RSENSE ESL 会对电流感应产生不利影响。
　　图 13：MOSFET RDS（ON） 电流感应。
　　电感器 DCR 电流感应
　　电感直流电阻电流检测使用电感绕组的寄生电阻来测量电流，从而消除检测电阻。这降低了组件成本并提高了电源效率。与 MOSFET RDS（ON） 相比，铜线绕组的电感器 DCR 通常具有较小的部件间变化，但它仍然会随温度变化。它在低输出电压应用中受到青睐，因为检测电阻器上的任何压降都代表输出电压的很大一部分。RC 网络与串联电感器和寄生电阻组合并联放置，并在电容器 C1 上测量感应电压（图 14）。

　　图 14：电感器 DCR 电流感应。
　　通过选择适当的元件 （R1 × C1 = L/DCR），电容器 C1 两端的电压将与电感电流成正比。为了限度地减少测量误差和噪声，使用较低的 R1 值。
　　由于该电路不直接测量电感电流，因此无法检测电感饱和。因此，建议使用具有软饱和的电感器，如铁芯电感器。这些电感器通常比同类铁氧体磁芯电感器具有更高的磁芯损耗。与 RSENSE 方法相比，电感 DCR 检测消除了检测电阻的功率损耗，但可能会增加电感磁芯损耗。
　　对于 RSENSE 和 DCR 传感方法，由于传感信号较小，因此需要开尔文传感。重要的是要使开尔文检测迹线（图 5 中的 SENSE+ 和 SENSE–）远离嘈杂的铜区域和其他信号迹线，以限度地减少噪声拾取。一些器件（如 LTC3855）具有温度补偿 DCR 感应功能，可提高随温度变化的精度。
　　表 1 总结了不同类型的电流传感方法以及每种方法的优缺点。
　　表 1 中提到的每种方法都为开关模式电源提供了额外的保护。根据设计要求，精度、效率、热应力、保护和瞬态性能方面的权衡都可能成为选择过程中的因素。

　　电流传感方法的优缺点

　　表 1：电流感应方法的优缺点。
　　电源设计人员需要仔细选择电流传感方法和功率电感器，并正确设计电流传感网络。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于简化设计工作并获得结果非常有帮助。
　　其他电流传感方法
　　还有其他电流传感方法可用。例如，电流感应变压器通常与隔离电源一起使用，以提供跨隔离栅的电流信号信息。这种方法通常比上面讨论的三种技术更昂贵。此外，近年来还推出了集成电流传感的带有集成栅极驱动器 （DrMOS） 的新型功率 MOSFET，但迄今为止，还没有足够的数据来得出 DrMOS 传感在传感信号的精度和质量方面的工作效果。