Warum ist die Implementierung eines Strommessnetzwerks (CSN) durch Messen des Schalterstroms einfacher als das Messen des Induktorstroms?

Der Schalterstrom kann durch einen Strommesswiderstand mit kleinem Wert zwischen Source und Masse erfasst werden. Da es massebezogen ist, ist es einfach in der Steuerung zu verwenden. Auch der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist klein, im Gegensatz zur Verwendung des RDSon des FET oder des ESR des Induktors. In integrierten Lösungen kann ein FET-Stromspiegel eine verlustarme Erfassung bieten.

Die Induktorstrommessung erfordert einen Widerstand in Reihe mit dem Induktor oder ein Netzwerk um den Induktor herum, um die Reaktanz aufzuheben und eine Schätzung des Gleichstroms bereitzustellen. In jedem Fall ist es nicht massebezogen und ein Ende schaltet schnell. Die Schaltung zum Erfassen und Übersetzen des Stromsignals erfordert einen Differenzverstärker und möglicherweise einen Filter zum Zurückweisen von Schaltspitzen.

Wenn Sie ein Netzwerk verwenden, um die Reaktanz aufzuheben, um den Induktorstrom zu erhalten, kann der Temperaturkoeffizient von Kupfer ein Problem darstellen und erfordert manchmal eine Kompensation durch einen Thermistor.

[Bei der Induktorstrommessung suchen wir nach der Spannung über dem ESR der Induktivität. Wenn wir kein externes Netzwerk verwenden würden, um die Reaktanz aufzuheben, hätten wir V=L di/dt+i ESR. Was wir wollen, ist einfach i*ESR. Diese Technik wird HIER vollständig erklärt ]

Wenn Sie jedoch den wahren Induktorstrom erfassen, können Sie die Modussteuerung für den Durchschnittsstrom verwenden. Dies vermeidet das Problem der subharmonischen Schwingung. Es erschwert jedoch die Implementierung einer Zyklus-für-Zyklus-Strombegrenzung.

Ich denke, wovon der Autor spricht, ist die Verwendung des MOSFET Rds als Strommesswiderstand. Dies ist besser als das Hinzufügen eines Strommesswiderstands. Der Rds des MOSFET ist inhärent (Sie bleiben dabei), also müssen Sie die Verluste akzeptieren, die er verursacht. Wenn Sie jedoch einen Strommesswiderstand hinzufügen, treten noch mehr Verluste auf.

Der Rds des MOSFET folgt der einfachen Regel des Ohmschen Gesetzes: V = I * R. Wenn Sie R kennen und V messen, können Sie I leicht berechnen. In der Praxis müssen Sie R zur Steuerung möglicherweise nicht genau kennen. Die in diesem Artikel beschriebene Spitzenstromsteuerung passt den Spitzenstrompunkt je nach Bedarf nach oben oder unten an, bis die Ausgangsspannung korrekt ist. Die Ausgangsregelung ist also immer noch gut, auch wenn Rds von Gerät zu Gerät oder mit der Temperatur etwas variiert. Dies ist nur die Natur der Rückkopplungskontrolle.

Einige Steuerungen verfügen auch über eine zyklusweise Strombegrenzung. Der Artikel spielte darauf an und nannte es Überstromschutz. Dies ist per se nicht Teil der Steuerung, sondern nur eine Funktion, die dazu beitragen kann, die Sättigung der Induktivität zu vermeiden und den Kurzschlussstrom zu begrenzen. Diese Funktion hängt davon ab, Rds genau zu kennen. Grundsätzlich ist dies eine absolute Obergrenze für den Spitzenstrom. Wenn dieser Strom erreicht wird, schaltet der Controller den High-Side-Schalter sofort aus, unabhängig davon, ob die Ausgangsspannung geregelt ist oder nicht. Wenn also Rds von Gerät zu Gerät ein wenig variiert, dann variiert auch die absolute Obergrenze ein wenig, und der Überstromschutz wird von Gerät zu Gerät auf leicht unterschiedlichen Niveaus eingreifen.

Das direkte Erfassen des momentanen Induktorstroms durch Messen der Spannung über dem Induktor ist nicht wirklich praktikabel. Für das Spitzenstrom-Steuerverfahren muss der Momentanstrom erfasst werden, wenn der High-Side-Schalter geschlossen ist und der Induktorstrom rampenförmig ansteigt. In diesem Zustand beträgt die Induktorspannung jedoch nur Vin – Vds – Vout. Vds ist klein und Vin und Vout sind ziemlich fest. Das Erfassen einer nahezu festen Spannung hilft Ihnen also nicht, den Strom herauszufinden. John D erwähnte, dass es möglich ist, ein Netzwerk zu verwenden, um die Reaktanz des Induktors aufzuheben. Wenn Sie dies tun, wird der Induktorwiderstand zu Ihrem Messwiderstand. Ich weiß nicht viel darüber, aber es scheint, als wäre ein solches Netzwerk ein Filter und würde daher die Signalbandbreite beeinflussen, was eine sofortige Strommessung schwierig oder unmöglich macht.

Die einzige praktische Möglichkeit, den momentanen Induktorstrom zu erfassen, besteht also darin, indirekt einen Strommesswiderstand in Reihe mit dem Induktor zu verwenden. Wie bereits erwähnt, fügt dies Verluste hinzu, daher ist es besser, dies nach Möglichkeit zu vermeiden.

In einem Aufwärtswandler gibt es im Allgemeinen einen N-Kanal-MOSFET mit geerdeter Source. Dies ermöglicht eine einfache Low-Side-Strommessung. Ein Abwärtswandler hat normalerweise einen P- oder N-MOSFET auf der High-Side, der zur High-Side-Strommessung verwendet werden kann. Während es schwieriger ist, die High-Side-Erfassungsschaltung zu entwerfen, ist es immer noch sehr machbar. Viele ICs beinhalten diese Funktion.