浅析Buck变换器的电流取样电阻放置位置

ENSE。由此可见，对于电流比较器，电压外环的输出信号作为电流内环的给定信号。对于峰值电流模式，工作原理如下：在时钟同步信号到来时，高端的主开关管开通，电感激磁，电流线性上升，电流检测电阻的电压信号也线性上升，由于此时电压外环的输出电压信号高于电流检测电阻的电压，电流比较器输出为高电压;当电流检测电阻的电压信号继续上升，直到等于电压外环的输出电压信号时，电流比较器的输出翻转，从高电平翻转为低电压，逻辑控制电路工作，关断高端的主开关管的驱动信号，高端的主开关管关断，此时电感开始去磁，电流线性下降，到一个开关周期开始的时钟同步信号到来，如此反复。由此可见：峰值电流模式检测的是上升阶段的电流信号。在每个开关周期，输入回路高端的主开关管流过的电流波形为上升阶段的梯形状波形。续流回路低端的开关管流过的电流波形为下降阶段的梯形状波形。而输出回路电感的电流波形为包含上升和下降阶段的锯齿状波形。因此：如果电流取样电阻放在 Buck 变换器的输入回路，系统一定工作于峰值电流模式。

　　注意到：对于 Buck 变换器，输入电压高于输出电压，电流取样电阻放在 Buck变换器的输入回路，那么电流比较器的两个输入管脚的共模电压为高的输入电压。对于输入电压大于 12V 的应用，电流比较器的两个输入管脚的共模电压也必然大于 12V，这样电流比较器的成本很高，因此，电流取样电阻放在 Buck 变换器的输入回路一般应用于低的输入电压，尤其是低输入电压的单芯片的 Buck变换器。高端的功率 MOSFET 集成在单芯片中，由于电流取样电阻放在 Buck变换器的输入回路，所以电阻取样，电流比较器均可以集成在单芯片中，设计十分紧凑。

　　注意的是：高端的主开关管和低端的同步续流管之间要设定一定的死区时间防止上下管的直通。

　　图1：电流取样电阻在输入端的同步Buck变换器

　　如果采用高端的功率 MOSFET 的导通电阻作为电流取样电阻，这样可以省去额外的电流取样电阻，从而提高效率。但是由于 MOSFET 的导通电阻值比较分散，而且随温度的变化也会在较大范围内波动，因此电流取样的精度差。峰值电流模式容易受到电流信号前沿尖峰干扰。在占空比大于 50%时需要斜坡补偿。

　　2 电流取样电阻在续流端的 Buck 变换器

　　前面的讨论知道：在每个开关周期，续流回路即低端的开关管流过的电流波形为下降阶段的梯形状波形。对于这种电流模式常称为谷点电流模式。和峰值电流模式一样，谷点电流模式反馈也有二个环路：一个电压外环，另一个是电流的内环。其工作原理如下：高端的主开关管开通，电感激磁，电流线性上升;高端 MOSFET的导通一段固定的时间，此时间由 PWM 设定。当高端 MOSFET 关断后，低端MOSFET 导通，此时电感开始去磁，电流线性下降。注意到低端 MOSFET 的电流随着时间线性下降，电流检测电阻的电压信号也线性下降，由于此时电压外环的输出电压信号低于电流检测电阻的电压，电流比较器输出为低电平。当电流检测电阻的电压信号继续下降，直到等于电压外环的输出电压信号时，电流比较器的输出翻转，从低高电平翻转为高电压，逻辑控制电路工作，关断低端的续流开

　　关管的驱动信号，高端的主开关管开通，此时电感开始激磁，电流线性上升，进入下一个周期，如此反复。

　　注意的是：高端的主开关管和低端的同步续流管之间要设定一定的死区时间防止上下管的直通。

　　谷点电流模式具有宽输入电压、低占空比、易检测电流和快速负载响应。在占空比小于 50%时需要斜坡补偿。负载响应快速的原因在于谷点电流模式从当前的脉冲周期响应，而峰值电流模式从下一个脉冲周期响应。当输入和输出电压变化时，若高端 MOSFET 的导通的时间固定不变化，那么系统将工作在变频模式，不利于电感的优化工作。因此在 PWM 内部需要一个前馈电路，使高端 MOSFET 的导通时间随输入电压成反比的变化，随输出电压成正比的变化，从而维持在输入电压变化和负载变化时，变换器近似的工作于定频方式。

　　图2：电流取样电阻在续流端的同步Buck变换器

       如果采用低端续流功率 MOSFET 的导通电阻作为电流取样电阻，这样可以省去额外的电流取样电阻，从而提高效率。同样，由于 MOSFET 的导通电阻值比较分散，而且随温度的变化也会在较大范围内波动，因此电流取样的精度差。但这种配置通常应用于高输入电压，低输出电压及大输出电流的变换器。

　　3 电流取样电阻在输出端的 Buck 变换器

前面的讨论知道：输出回路电感的电流波