中心議題：

• 電流模式降壓轉換器的取樣電阻放置位置：輸入端
  
  、輸出端及續流管
• 三種位置各自的優點及缺點
• 峰值電流模式和穀點電流模式的工作原理
• 使用高端主開關管導通電阻等設計應該注意的問題

解決方案：

• 在輸入端，使用高端MOSFET導通電阻作電流取樣電阻
• 在續流端
  ，配置為穀點電流模式
  ，用續流MOSFET導通電阻作電流取樣電阻
• 在輸出端
  ，常用峰值電流模式
  ，用電感DCR作電流取樣電阻
  

盡jin管guan電dian流liu模mo式shi的de降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi需xu要yao精jing密mi的de電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu，並bing且qie會hui影ying響xiang到dao係xi統tong的de效xiao率lv和he成cheng本ben
，但dan它ta仍reng然ran獲huo得de了le廣guang泛fan的de應ying用yong，這zhe是shi因yin為wei其qi具ju有you以yi下xia優you點dian：①反饋內在cycle-by-cycle峰值限流;②電感電流真正的軟起動特性;③精確的電流檢測環;④輸出電壓與輸入電壓無關
，一階係統容易設計反饋環，係統的穩定餘量大，且穩定性好
，對於所有陶瓷電容容易補償;⑤易實現多相位/多轉換器的並聯操作，以得到更大輸出電流;⑥允許大的輸入電壓紋波，從而減小輸入濾波電容。

對於電流模式的降壓轉換器
，電流的取樣電阻有三種不同的放置方式：①放置在輸入回路，即與高端主開關管相串聯;②放置在輸出回路，即與電感相串聯;③放置在續流回路，即與續流二極管或同步開關管串聯。有時候為了提高效率，可以取消外加的取樣電阻，用高端主開關管的導通電阻
、電感DCR或huo續xu流liu同tong步bu開kai關guan管guan的de導dao通tong電dian阻zu作zuo電dian流liu取qu樣yang電dian阻zu。本ben文wen將jiang詳xiang細xi地di闡chan述shu這zhe些xie問wen題ti，並bing比bi較jiao它ta們men各ge自zi的de優you缺que點dian，從cong而er使shi電dian源yuan工gong程cheng師shi有you針zhen對dui性xing地di選xuan取qu不bu同tong的de架jia構gou，來lai滿man足zu實shi際ji應ying用yong要yao求qiu。

電流取樣電阻在輸入端的降壓轉換器

電流取樣電阻在輸入端的降壓轉換器如圖1所示。在電流模式的降壓轉換器拓樸結構中
，反饋有兩個環路：一個電壓外環，另一個是電流內環。電壓外環包括電壓誤差放大器、反饋電阻分壓器和反饋補償環節。電壓誤差放大器的同相端接一個參考電壓Vref，反饋電阻分壓器連接到電壓誤差放大器反相端VFB，反饋環節連接到VFB和電壓誤差放大器的輸出端VC。若電壓型放大器是跨導型放大器，則反饋環節連接到電壓誤差放大器的輸出端VITH和地。目前

，在高頻DC/DC的應用中，跨導型放大器應用更多。本文就以跨導型放大器進行討論。輸出電壓微小的變化反映到VFB引腳，VFB引腳電壓與參考電壓的差值被跨導型放大器放大，然後輸出，輸出值為VITH。跨導型放大器輸出連接到電流比較器的同相端，電流比較器的反相端輸入信號為電流檢測電阻的電壓信號VSENSE。由此可見，對於電流比較器，電壓外環的輸出信號作為電流內環的給定信號。對於峰值電流模式，工作原理如下：在zai時shi鍾zhong同tong步bu信xin號hao到dao來lai時shi，高gao端duan的de主zhu開kai關guan管guan開kai通tong

，電dian感gan激ji磁ci
，電dian流liu線xian性xing上shang升sheng，電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu的de電dian壓ya信xin號hao也ye線xian性xing上shang升sheng。由you於yu此ci時shi電dian壓ya外wai環huan的de輸shu出chu電dian壓ya信xin號hao高gao於yu電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu的de電dian壓ya，電dian流liu比bi較jiao器qi輸shu出chu為wei高gao電dian壓ya;dangdianliujiancedianzudedianyaxinhaojixushangsheng，zhidaodengyudianyawaihuandeshuchudianyaxinhaoshi，dianliubijiaoqishuchufanzhuan，conggaodianpingfanzhuanweididianping
，luojikongzhidianlugongzuo，guanduangaoduanzhukaiguanguandequdongxinhao，gaoduandezhukaiguanguanguanduan
，cishidiangankaishiquci，dianliuxianxingxiajiang，daoxiayigekaiguanzhouqikaishideshizhongtongbuxinhaodaolai
，rucifanfu。

由you此ci可ke見jian，峰feng值zhi電dian流liu模mo式shi檢jian測ce的de是shi上shang升sheng階jie段duan的de電dian流liu信xin號hao。在zai每mei個ge開kai關guan周zhou期qi

，輸shu入ru回hui路lu高gao端duan的de主zhu開kai關guan管guan流liu過guo的de電dian流liu波bo形xing為wei上shang升sheng階jie段duan的de梯ti形xing波bo，續xu流liu回hui路lu低di端duan的de開kai關guan管guan流liu過guo的de電dian流liu波bo形xing為wei下xia降jiang階jie段duan的de梯ti形xing波bo，而er輸shu出chu回hui路lu電dian感gan的de電dian流liu波bo形xing為wei包bao含han上shang升sheng和he下xia降jiang階jie段duan的de鋸ju齒chi狀zhuang波bo形xing。因yin此ci，如ru果guo電dian流liu取qu樣yang電dian阻zu放fang在zai降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de輸shu入ru回hui路lu，係xi統tong一yi定ding工gong作zuo於yu峰feng值zhi電dian流liu模mo式shi。

對於降壓轉換器，輸入電壓高於輸出電壓
，電流取樣電阻放在Buck轉換器的輸入回路
，那麼電流比較器的兩個輸入引腳的共模電壓為高輸入電壓。對於輸入電壓大於12V的應用，電流比較器的兩個輸入引腳的共模電壓也必然大於12V，這zhe樣yang電dian流liu比bi較jiao器qi的de成cheng本ben很hen高gao。因yin此ci，電dian流liu取qu樣yang電dian阻zu放fang在zai降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de輸shu入ru回hui路lu，一yi般ban應ying用yong於yu低di輸shu入ru電dian壓ya，尤you其qi是shi低di輸shu入ru電dian壓ya單dan芯xin片pian的de降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi。高gao端duan的de功gong率lvMOSFET集ji成cheng在zai單dan芯xin片pian中zhong，由you於yu電dian流liu取qu樣yang電dian阻zu放fang在zai降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de輸shu入ru回hui路lu
，所suo以yi電dian阻zu取qu樣yang和he電dian流liu比bi較jiao器qi均jun可ke以yi集ji成cheng在zai單dan芯xin片pian中zhong，設she計ji十shi分fen緊jin湊cou。要yao注zhu意yi的de是shi，高gao端duan的de主zhu開kai關guan管guan和he低di端duan的de同tong步bu續xu流liu管guan之zhi間jian，要yao設she定ding一yi定ding的de死si區qu時shi間jian，以yi防fang止zhi上shang下xia管guan的de直zhi通tong。

如果采用高端的功率MOSFET導通電阻作為電流取樣電阻，可以省去額外的電流取樣電阻
，從而提高效率。由於MOSFETdedaotongdianzuzhibijiaofensan，erqiesuiwendudebianhuayehuizaijiaodafanweineibodong，yincidianliuquyangdejingdujiaocha。fengzhidianliumoshirongyishoudaodianliuxinhaoqianyanjianfengganrao。zaizhankongbidayu50%時需要斜坡補償。

電流取樣電阻在續流端的降壓轉換器

tongguoqianmiandetaolunkezhi
，zaimeigekaiguanzhouqi，diduandekaiguanguanliuguodedianliuboxingweixiajiangjieduandetixingbo。zhezhongdianliumoshichangchengweigudiandianliumoshi。hefengzhidianliumoshiyiyang，gudiandianliumoshifankuiyeyoulianggehuanlu：一個電壓外環，另一個是電流內環(見圖2)。

其工作原理如下：高端的主開關管開通，電感激磁
，電流線性上升;高端MOSFET導通一段時間
，此時間由PWM設定;當高端MOSFET關斷後，低端MOSFET導通，此時電感開始去磁
，電流線性下降。注意，低端MOSFET的(de)電(dian)流(liu)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)線(xian)性(xing)下(xia)降(jiang)，電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)也(ye)線(xian)性(xing)下(xia)降(jiang)，由(you)於(yu)此(ci)時(shi)電(dian)壓(ya)外(wai)環(huan)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)低(di)於(yu)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)壓(ya)，電(dian)流(liu)比(bi)較(jiao)器(qi)輸(shu)出(chu)為(wei)低(di)電(dian)平(ping)。當(dang)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)繼(ji)續(xu)下(xia)降(jiang)，直(zhi)到(dao)等(deng)於(yu)電(dian)壓(ya)外(wai)環(huan)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)時(shi)，電(dian)流(liu)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)翻(fan)轉(zhuan)

，從(cong)低(di)電(dian)平(ping)翻(fan)轉(zhuan)為(wei)高(gao)電(dian)平(ping)


，邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)開(kai)始(shi)工(gong)作(zuo)，關(guan)斷(duan)低(di)端(duan)的(de)續(xu)流(liu)開(kai)關(guan)管(guan)的(de)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)

，高(gao)端(duan)的(de)主(zhu)開(kai)關(guan)管(guan)開(kai)通(tong)
，此(ci)時(shi)電(dian)感(gan)開(kai)始(shi)激(ji)磁(ci)
，電(dian)流(liu)線(xian)性(xing)上(shang)升(sheng)，進(jin)入(ru)下(xia)一(yi)個(ge)周(zhou)期(qi)
，如(ru)此(ci)反(fan)複(fu)。同(tong)樣(yang)
，高(gao)端(duan)的(de)主(zhu)開(kai)關(guan)管(guan)和(he)低(di)端(duan)的(de)同(tong)步(bu)續(xu)流(liu)管(guan)之(zhi)間(jian)，要(yao)設(she)定(ding)一(yi)定(ding)的(de)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)，以(yi)防(fang)止(zhi)上(shang)下(xia)管(guan)的(de)直(zhi)通(tong)。
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穀點電流模式具有寬電壓範圍
、低占空比
、易檢測電流和快速負載響應的特點。在占空比小於50%時需要斜坡補償。負載響應快速的原因在於，穀點電流模式從當前的脈衝周期響應
，而峰值電流模式從下一個脈衝周期響應。

當輸入和輸出電壓變化時，若高端MOSFET導通的時間固定不變


，那麼係統將工作在變頻模式

，不利於電感的優化工作。因此在PWM內部需要一個前饋電路，使高端MOSFET的導通時間可隨輸入電壓成反比變化，及隨輸出電壓成正比變化，從而在輸入電壓和負載變化時
，維持轉換器近似工作於定頻方式。

如果采用低端續流功率MOSFET導通電阻作為電流取樣電阻，可以省去額外的電流取樣電阻

，從而提高效率。同樣
，由於MOSFET導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)值(zhi)比(bi)較(jiao)分(fen)散(san)，而(er)且(qie)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)也(ye)會(hui)在(zai)較(jiao)大(da)範(fan)圍(wei)內(nei)波(bo)動(dong)，因(yin)此(ci)電(dian)流(liu)取(qu)樣(yang)的(de)精(jing)度(du)差(cha)。但(dan)這(zhe)種(zhong)配(pei)置(zhi)通(tong)常(chang)應(ying)用(yong)於(yu)高(gao)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)，低(di)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)及(ji)大(da)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)的(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)中(zhong)。

電流取樣電阻在輸出端的降壓轉換器
　　
通過前麵的討論知道，輸出回路電感的電流波形為包含上升和下降階段的鋸齒狀波形。因此
，當電流取樣電阻在輸出端時(見圖3)
，轉換器可以工作於穀點電流模式，也可工作於峰值電流模式。而通常這種配置工作於峰值電流模式。

youyushuchudianyadi，namedianliubijiaoqidelianggeshuruyinjiaodegongmodianyajiaodi，yincikeyishiyongdishurugongmodianyadechadongfangdaqi
，tigaodianliujiancedejingdu
，jiangdizaosheng。zhezhongpeizhidelingyigeyoudianshikeyishiyongdiangandeDCR作為電流檢測電阻。要注意的是
，在電感值和飽和電流滿足整個輸入電壓範圍
，和輸出負載電流範圍的前提下
，對電感的DCR有一定限製，因而在一些應用中需要定製電感。

此外，電流比較器的輸入阻抗要大
，兩個輸入引腳的偏置電流要小
，從而提高使用DCR作為電流檢測電阻時的檢測精度。相關的濾波元件也在設計中作相應的匹配，如圖4所示。

　　
通常，由於DCR值大於設計要求的電阻值，因此需要一個電阻分壓器來得到所需要的電壓值。

另外，為了滿足濾波器時間的要求，必須使：

事實上，在設計中還要考慮到溫度變化時，DCR也會發生變化，這將會影響電流取樣的精度。在有些PWM的設計中，也會將電流比較器的參考基準電壓設計為可調整，從而增加電感使用的通用性。

結語

①電流取樣電阻放在輸入端

，可配置為峰值電流模式，使用高端MOSFET導通電阻作電流取樣電阻可提高效率
，但影響電流取樣精度。

②電流取樣電阻放在續流端
，可配置為響應速度快的穀點電流模式，使用續流MOSFET導通電阻作電流取樣電阻可提高效率，但影響電流取樣精度。

③電流取樣電阻放在輸出端
，可配置為峰值和穀點電流兩種模式，常用峰值電流模式。使用電感DCR作電流取樣電阻可提高效率，但設計和調試變得複雜

，同時影響電流取樣精度。