1. 基于電感DCR的電流檢測
如前所述,該LM27402采用無損電感DCR無損電流檢測方案,旨在提供精確的過載(電流限制)和短路保護。
圖22顯示了常用的電感DCR電流檢測方法。圖23顯示了使用電流分流電阻RISNS的實現方案。
圖22中的器件RS和CS在電感器上形成一個低通濾波器,以實現對電感DCR壓降的差分檢測。當 RS*CS 等于 L/RDCR 時,檢測電容 CS 兩端產生的電壓是電感器 DCR 電壓波形的復制品。
選擇大于0.1 μF的CS電容,以保持檢測網絡的低阻抗,從而降低開關節點噪聲拾取的敏感性。請注意,電感DCR在圖22中示意性地顯示為分立元件。
選擇功率電感器以提供盡可能低的 DCR 以最大限度地降低功率損耗,則典型 DCR 范圍為 0.4 mΩ 至 4 mΩ。然后,假設負載電流為 25 A,CS+ 和 CS– 引腳兩端的電壓范圍為 10 mV (0.4 mΩ*25A=10mV)至 100 mV(4mΩ*25A=100mV)。
與電感器串聯的電流檢測(或分流)電阻器也可以在較低的輸出電流水平下實現,以提供精確的過流保護,見圖23。由于不可避免的效率損失和/或額外的成本影響,這種配置通常不會在大電流應用中實現(除非 OCP 設定點精度和工作溫度范圍內的穩定性是關鍵規格)。
參考[ 功率電感DCR檢流的原理 ],通過將RSCS檢測濾波器的時間常數與電感器的L/RDCR時間常數相匹配,可以最精確地檢測電感DCR兩端的差分電壓。如果時間常數匹配,則電容器兩端的電壓跟隨DCR兩端的電壓。RSCS網絡中使用的典型電容范圍為100 nF至1μF。
匹配時間常數的方程為:
2. 設置電流限制閾值的方法
如前所述,LM27402利用濾波電感DCR來檢測過流事件。如果需要,用戶可以使用具有低容差 DCR 的電感器來提高電流限制閾值的精度。用于檢測電感DCR電壓的最常見電路布置,如圖32所示。
使用從電流限制比較器到輸出電壓引腳的單個電阻將電流限制閾值調整到任何電平。使用圖33中的電路設置電流限值。
由于電感器DCR兩端的電壓跟隨流過電感器的電流,因此器件在電感器電流的峰值處跳閘。圖33所示的電容CSBY對電流檢測比較器的輸入進行濾波。該電容的工作范圍為47 pF至100 pF。
設置RSET電阻值的公式為:
ILIMIT是所需的電流限制電平,RDCR是電感的額定直流電阻,Ics-是從CS-引腳流出的10 μA電流源。為了實現高頻共模抑制,可以選擇在CS+信號路徑中添加一個與RSET電阻相同的串聯電阻RCS。
內部電流源 ICS- 由輸入電壓軌 VIN 供電。驅動該電流源所需的最小電壓為1 V(從VIN到VOUT)。如果VIN – VOUT<1 V時出現低壓差情況,則LM27402可能會過早啟動打嗝模式。
有多種方法可以避免這種情況:
第一種選擇是在輸入電壓比標稱輸出電壓高1 V后使能LM27402,如圖28所示。
第二種選擇是降低圖34所示的比較器共模電壓,使ICS-電流源具有足夠的裕量電壓。
3. 應用實例
該應用實例中,VIN范圍是3.3V-12V,VIN典型值是5V, VOUT = 1.5V,IOUT = 20A,L = 0.68μH,RDCR = 2.34 mΩ,fSW = 300 kHz,ΔI = 2.97A(根據電感取值反向計算的紋波電流),IOUT,LIMIT = 24A(期望的負載端限流值,比最大負載電流高4A)。
另外,根據規格書,LM27402器件的OCP比較器上的偏置電流源為 I_(CS-)=10uA 。
(1) 配置DCR檢流網絡參數
DCR檢流網絡的兩個參數,可以先固定電容的容值,通常取值范圍為0.1uF ~ 1uF。如圖41所示,根據公式(12),取RC網絡的容值為Cs = 100nF(推薦的Cs容值范圍是100nF-1uF),容易得到Rs阻值:
實際可取阻值相近的Rs = 2.94kOHM(RC0603FR-072K94L,1% 2.94K OHM 1% 1/10W 0603)。
(2) 配置DCR檢流電路的限流閾值
根據ΔI = 2.97A和IOUT,LIMIT = 24A兩個條件可知,觸發OCP的峰值電流為 IOCP = 24A + 2.97A/2 = 25.45A。
根據公式(13)容易計算該實例中需要配置的限流電阻值:
實際可取阻值相近的 R_SET = 5.9kOHM。
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