相對於電壓模式的Buck變換器，盡管電流模式的Buck變換器需要精密的電流檢測電阻並且這會影響到係統的效率和成本，但電流模式的Buck變換器仍然獲得更為廣泛的應用，這是因為其具有以下的優點：

饋內在cycle-by-cycle峰值限流。

電感電流真正的軟起動特性。

精確的電流檢測環。

輸出電壓與輸入電壓無關
，一階的係統容易設計反饋環，係統的穩定餘量大穩定性好，對於所有陶冶電容容易補償。

易實現多相位/多變換器的並聯操作得到更大輸出電流。

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Buck變換器，電流的取樣電阻有三種不同的放置方式：

放置在輸入回路即與高端主開關管相串聯。

放置在輸出回路即與電感相串聯。

放置在續流回路即與續流的二極管或同步開關管相串聯。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或續流同步開關管的導通電阻作電流取樣電阻。

本文將詳細的闡述這些問題並比較它們各自的優缺點，從而使電源工程師有針對性的選取不同的架構來滿足實際的應用要求。

電流取樣電阻在輸入端的Buck變換器

電流取樣電阻在輸入端的Buck變換器如圖1所示。在電流模式的Buck變換器拓樸結構中
，反饋有二個環路：一個電壓外環，另一個是電流的內環。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到一個參考電壓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DCDC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管腳，VFB管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);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)上(shang)升(sheng)，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)高(gao)電(dian)平(ping)翻(fan)轉(zhuan)為(wei)低(di)電(dian)壓(ya)，邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)，關(guan)斷(duan)高(gao)端(duan)的(de)主(zhu)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)關(guan)斷(duan)
，此(ci)時(shi)電(dian)感(gan)開(kai)始(shi)去(qu)磁(ci)，電(dian)流(liu)線(xian)性(xing)下(xia)降(jiang)
，到(dao)一(yi)個(ge)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)開(kai)始(shi)的(de)時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)信(xin)號(hao)到(dao)來(lai)，如(ru)此(ci)反(fan)複(fu)。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)狀(zhuang)波(bo)形(xing)。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)狀(zhuang)波(bo)形(xing)。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)：如果電流取樣電阻放在Buck變換器的輸入回路，係統一定工作於峰值電流模式。
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注意到：對於Buck變換器
，輸入電壓高於輸出電壓，電流取樣電阻放在Buck變換器的輸入回路，那麼電流比較器的兩個輸入管腳的共模電壓為高的輸入電壓。對於輸入電壓大於12V的應用，電流比較器的兩個輸入管腳的共模電壓也必然大於12V，這樣電流比較器的成本很高
，因此
，電流取樣電阻放在Buck變換器的輸入回路一般應用於低的輸入電壓，尤其是低輸入電壓的單芯片的Buck變換器。高端的功率MOSFET集成在單芯片中，由於電流取樣電阻放在Buck變換器的輸入回路，所以電阻取樣
，電流比較器均可以集成在單芯片中，設計十分緊湊。

注意的是：高端的主開關管和低端的同步續流管之間要設定一定的死區時間防止上下管的直通。


如果采用高端的功率MOSFET的導通電阻作為電流取樣電阻，這樣可以省去額外的電流取樣電阻，從而提高效率。但是由於MOSFET的(de)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)。峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)前(qian)沿(yan)尖(jian)峰(feng)幹(gan)擾(rao)。在(zai)占(zhan)空(kong)比(bi)大(da)於(yu)50%時需要斜坡補償。

電流取樣電阻在續流端的Buck變換器

前麵的討論知道：在(zai)每(mei)個(ge)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)，續(xu)流(liu)回(hui)路(lu)即(ji)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)狀(zhuang)波(bo)形(xing)。對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)常(chang)稱(cheng)為(wei)穀(gu)點(dian)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)。和(he)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)一(yi)樣(yang)
，穀(gu)點(dian)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)反(fan)饋(kui)也(ye)有(you)二(er)個(ge)環(huan)路(lu)：一個電壓外環
，另一個是電流的內環。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的導通一段固定的時間，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。注意到低端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)高(gao)電(dian)平(ping)翻(fan)轉(zhuan)為(wei)高(gao)電(dian)壓(ya)，邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)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)。

需要注意的是，高端的主開關管和低端的同步續流管之間要設定一定的死區時間防止上下管的直通。

穀點電流模式具有寬輸入電壓
、低占空比、易檢測電流和快速負載響應。在占空比小於50%時(shi)需(xu)要(yao)斜(xie)坡(po)補(bu)償(chang)。負(fu)載(zai)響(xiang)應(ying)快(kuai)速(su)的(de)原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)穀(gu)點(dian)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)從(cong)當(dang)前(qian)的(de)脈(mai)衝(chong)周(zhou)期(qi)響(xiang)應(ying)，而(er)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)從(cong)下(xia)一(yi)個(ge)脈(mai)衝(chong)周(zhou)期(qi)響(xiang)應(ying)。當(dang)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)時(shi)，若(ruo)高(gao)端(duan)MOSFET的導通的時間固定不變化
，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de導dao通tong時shi間jian隨sui輸shu入ru電dian壓ya成cheng反fan比bi的de變bian化hua，隨sui輸shu出chu電dian壓ya成cheng正zheng比bi的de變bian化hua
，從cong而er維wei持chi在zai輸shu入ru電dian壓ya變bian化hua和he負fu載zai變bian化hua時shi，變bian換huan器qi近jin似si的de工gong作zuo於yu定ding頻pin方fang式shi。


如果采用低端續流功率MOSFET的導通電阻作為電流取樣電阻，這樣可以省去額外的電流取樣電阻，從而提高效率。同樣，由於MOSFET的(de)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)變(bian)換(huan)器(qi)。
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電流取樣電阻在輸出端的Buck變換器

前麵的討論知道：shuchuhuiludiangandedianliuboxingweibaohanshangshenghexiajiangjieduandejuchizhuangboxing。yincidianliuquyangdianzuzaishuchuduan，bianhuanqikeyigongzuoyugudiandianliumoshi，yekegongzuoyufengzhidianliumoshi。dantongchangzhezhongpeizhigongzuoyufengzhidianliumoshi。


由you於yu輸shu出chu電dian壓ya低di
，那na麼me電dian流liu比bi較jiao器qi的de兩liang個ge輸shu入ru管guan腳jiao的de共gong模mo電dian壓ya較jiao低di

，因yin此ci可ke以yi使shi用yong低di輸shu入ru共gong模mo電dian壓ya的de差cha動dong放fang大da器qi，提ti高gao電dian流liu檢jian測ce的de精jing度du，降jiang低di噪zao聲sheng。這zhe種zhong配pei置zhi另ling一yi個ge大da的de優you點dian是shi可ke以yi使shi用yong電dian感gan的deDCR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有一定的限製，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，兩個輸入管腳的偏置電流要小，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作相應的匹配，如下圖所示。


通常
，由於DCRzhitongchangdayushejiyaoqiudedianzuzhi
，yincixuyaoyigedianzufenyaqilaidedaosuoxuyaodedianyazhi

，lingwai，weilemanzulvboqishijiandeyaoqiu。lingwai
，weilemanzulvboqishijiandeyaoqiu

結語

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。

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。

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。

benpianwenzhangcongdianliuquyangdianzudesanzhongbaifangweizhirushou，xiangxidejiangjieqizhongdeyouquedian。tongshihaichanshuleyoucierchanshengdefengzhidianliumoshihegudiandianliumoshidegongzuoyuanliyijitamengezidegongzuotexing。wenzhongtongshigeichuleshiyonggaoduanzhukaiguanguandaotongdianzu、低端同步開關管導通電阻以及電感DCR作為電流取樣電阻時
，設計應該注意的問題。

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