LTC7878 電感 DCR 電流檢測(cè)技術(shù)的底層邏輯！

    四開關(guān)降壓-升壓（Buck-Boost）轉(zhuǎn)換器因其能夠產(chǎn)生高于、低于或等于輸入電壓的輸出電壓，在電池供電系統(tǒng)、汽車電子及通用工業(yè)應(yīng)用中備受青睞。在極端情況下，如輸入短路或輸出短路，該轉(zhuǎn)換器依然能保持輸入與輸出的連接，并配合過流與過壓保護(hù)功能確保系統(tǒng)安全。

    傳統(tǒng)的四開關(guān)降壓-升壓控制器通常依賴外部精密電阻進(jìn)行電流檢測(cè)。然而，LTC7878 采用了先進(jìn)的電感 DCR（電感直流電阻）電流模式控制方案。這種方案無(wú)論是在降壓、升壓還是降壓-升壓模式下，都能實(shí)現(xiàn)精確的逐周期峰值電流限制。

相比于傳統(tǒng)方案，LTC7878 的優(yōu)勢(shì)在于：

• 寬電壓范圍：支持 1V 至 70V 的寬輸入和輸出調(diào)節(jié)，精度高達(dá) ±1%。

• 低成本與高效率：無(wú)需昂貴的大功率電流檢測(cè)電阻，降低了系統(tǒng)成本并消除了功率損耗。

• 連續(xù)監(jiān)控：提供連續(xù)的電感電流信息，簡(jiǎn)化了多相（Multi-phase）并聯(lián)操作。

1. 以地為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)

如圖 1 所示，許多傳統(tǒng)控制器需要在輸入和輸出端配置多個(gè)檢測(cè)電阻。雖然部分設(shè)計(jì)僅需一個(gè)位于地端的電阻即可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，但這種方式存在明顯缺陷：

• 采樣非連續(xù)：電流信息只能在開關(guān) B 或開關(guān) C 導(dǎo)通時(shí)獲取，即只能在降壓區(qū)域的谷值電流或升壓區(qū)域的峰值電流進(jìn)行采樣。

• 布局受限：由于兩個(gè) MOSFET（B 和 C）都必須連接到檢測(cè)電阻，PCB 布局空間受到極大限制，且功率路徑的寄生參數(shù)可能影響精度。

圖 1：4 開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中以地為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)

2. 以開關(guān)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)

另一種方案是將檢測(cè)電阻與電感串聯(lián)（如圖 2 所示），以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的電流檢測(cè)。但這種方案面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：

• 共模噪聲干擾：檢測(cè)點(diǎn)（SW1/SW2）的電壓在輸入和地之間劇烈波動(dòng)。這要求檢測(cè)電路具備極高的共模抑制比（CMRR）。

• 信號(hào)失真：電感 DCR 產(chǎn)生的信號(hào)微弱（通常為 50mV 至 100mV），在數(shù)十伏的共模電壓切換瞬間，采樣信號(hào)極易失真。如圖 2 所示，短暫的消隱時(shí)間會(huì)導(dǎo)致電流信息的缺失。

圖 2：4 開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中以開關(guān)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)

    LTC7878 通過引入 RC 檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)突破了上述限制。如圖 3 所示，該方法利用與電感并聯(lián)的 RC 環(huán)節(jié)，通過匹配時(shí)間常數(shù)（L/DCR = Rs×Cs），使電容Cs兩端的電壓信號(hào)與電感電流成正比。

圖 3：4 開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的電感 DCR 電流檢測(cè)

LTC7878 的核心改進(jìn)在于：

• 浮動(dòng)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)：電流比較器位于 BST1/SW1 電路下方，其基準(zhǔn)點(diǎn)與開關(guān)節(jié)點(diǎn)的共模電壓同步波動(dòng)。由于比較器與采樣點(diǎn)處于同一共模電平，因此無(wú)需高壓電平轉(zhuǎn)換器，消除了消隱時(shí)間的干擾，確保了電流檢測(cè)的連續(xù)性。

• 高信噪比 (SNR)：通過設(shè)置 ISNSD 引腳放大微弱信號(hào)，LTC7878 將信噪比提高了 4 倍。這顯著提升了系統(tǒng)在不同占空比下的穩(wěn)定性，并能支持更小 DCR 值的電感，從而進(jìn)一步優(yōu)化效率。

多相并聯(lián)與系統(tǒng)可靠性

得益于 DCR 檢測(cè)提供的連續(xù)且統(tǒng)一的峰值電流信息，LTC7878 能夠輕松實(shí)現(xiàn)多相擴(kuò)展。

• 簡(jiǎn)易并聯(lián)：只需通過 ITH 引腳共享和菊花鏈?zhǔn)竭B接 CLKOUT 引腳，即可實(shí)現(xiàn)多個(gè) LTC7878 并聯(lián)，滿足更高電流的需求。

• 自動(dòng)均衡：逐周期的電流均衡機(jī)制確保了各相負(fù)載分配均勻，防止局部過熱，提高了系統(tǒng)的熱平衡能力和整體可靠性。

更多特性與技術(shù)規(guī)格

頻率調(diào)節(jié)：支持 100 kHz 至 600 kHz 的可調(diào)頻率，并可與外部時(shí)鐘同步。

驅(qū)動(dòng)能力：集成的 7V NMOS 柵極驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)邏輯電平或非邏輯電平 MOSFET。

功能集成：內(nèi)置智能外部 VCC 偏置引腳、PGOOD 指示、可選的 DCM/CCM 模式。

物理封裝：采用緊湊的 5mm x 5mm QFN 封裝，支持高達(dá) 70V 的輸入/輸出。

    LTC7878 是高性能四開關(guān)降壓-升壓控制器的典型代表。通過其獨(dú)特的電感 DCR 電流檢測(cè)方案，它不僅在所有工作模式下提供了精確的逐周權(quán)限流保護(hù)，還通過消除檢測(cè)電阻降低了物料成本（BOM）并提升了效率。對(duì)于追求高功率密度和高可靠性的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，類似LTC7878這樣的器件是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。