更高效率和更小解决方案尺寸通常是dc-dc转换器设计人员的首要考虑因素。

使用电流传感电阻器检测过载条件，不仅会产生更多的传导损耗，而且还需要采用大型封装来实现散热。

此外，电流传感电阻器还具有相对较高的成本。

电感器直流电阻(DCR)电流传感技术可用于消除电流传感电阻器。这不仅可缩小解决方案尺寸，同时还可提高效率。尺寸和效率改善在大电流低电压应用中非常有意义。本文不仅将介绍如何设计DCR电流传感电路，而且还将讨论实际设计注意事项，以便在升压转换器设计中改善电流传感精度，实现更高效率。

设计DCR电流传感电路

图1是支持高侧电流传感的升压转换器简化原理图。每个电感器都表示为理想电感器与集中DCR的串联组合。支持电阻器电流传感的升压转换器(图1a)在其电源路径中有一个额外的电流传感电阻器。该电流传感电阻器(RSENSE)会产生额外的功率损耗，导致更低的效率。相反，DCR电流传感升压转换器(图1b)则可将电感器固有的DCR用于测量电感器电流，这可消除分立式电流传感电阻器和电阻器功率损耗。

图1. 支持高侧电流传感的升压转换器可将低值电阻器用作电流传感元件(a)或电感器的DCR (b)

电感器DCR上的电压可使用与电感器并联的串联RC网络进行测量。在升压转换器中，RC 网络的电容器连接至电感器的输入侧，而电阻器则连接至电感器的开关节点侧。RC 网络的电容器两端的S域等效电压可通过以下公式进行计算：

在R1C时间常数与电感器L/DCR时间常数相匹配时

R1´C=L/DCR(2)

随后电容器电压等于电感器DCR两端的电压，

                                                                   V_C=I_L´DCR=V_DCR(3)

对于未出现电阻分压器的情况，通过将等效RC时间常数与电感器L/DCR时间常数进行匹配可得到

其中电容器电压与电感器电流、电感器DCR及电阻分压器比例成正比，

因此，等效电流传感电阻等于

理论上，通过对RC网络和电阻分压器进行设计能够使RC时间常数与电感器L/DCR时间常数匹配，这样就可准确测量电感器电流。然而，需要考虑几个实际因素，以确保电流传感的精度。

提高电流传感精度

电感L、DCR和RC时间常数的参数变化不仅可导致不匹配问题，而且还可影响电流传感精度。除了时间常数不匹配外，电流传感比较器还会对电流传感精度产生影响。实际升压转换器的高侧电流传感比较器通常具有流入输入端的偏置电流(图3中的IBN和IBP)。电流传感比较器反相输入端的偏置电流流过电阻器R1并生成偏移电压，即使RC时间常数与电感器L/DCR时间常数匹配，也会导致VC与VDCR(图4)之间的误差。该误差与小电流传感信号相比非常显著，尤其是在放大器偏置电流和R1相对较大时。例如，德州仪器 (TI) 的TPS43061同步升压控制器具有70 µA的典型传感比较器偏置电流。对于1kΩ电阻器R1来说，传感误差为

该误差与限流阀值(73 mV)同级，因此是无法接受的。可通过选择较小的R1来降低该误差。不过，小型R1不仅会消耗更多电源，而且还可降低效率，尤其是在轻负载条件下。电流传感比较器两个输入端的偏置电流通常几乎相等。可以将一个电阻器(图3中的R3)放在RC网络与电流传感比较器的非反相输入端之间，用以校正输入偏置电流误差。假设偏置电流相同，对于无电阻分压器的DCR电流传感而言(图3a)R3应该与R1相等。对于有电阻分压器的DCR电流传感而言(图3b)，R3应该等于R1与R2的并联等效电阻。消除偏置电流导致的失调电压，可提高电流传感精度。在比较器输入端提供平衡电阻，便可使用较大值电阻器来尽可能减少功率损耗并提高效率。

功率损耗与效率分析

电阻器电流传感与DCR电流传感都会产生功率损耗，不过它们的功率损耗机制不同。在电阻器传感方案中，电感器电流流过可产生附加功率损耗的电流传感电阻器。该功率损耗与电感器电流及电流传感电阻有关，计算方法为：

由于电感器电流(IL_rms)原故，可通过降低其电阻值来减少电流传感电阻器中消散的功率损耗。不过，过低的电流传感电阻会导致低信噪比(SNR)和降低的抗噪性能。此外，还必须选择电流传感电阻，才能设置所需的限流阀值。

在DCR传感配置中，电感器电压应用于RC网络，从而可在电阻器R1上产生功率损耗。该电阻器的电压几乎等于电感器电压，因为电容器的电压很小，通常忽略不计。图5(a部分和b部分)分别是转换器工作在连续导通模式 (CCM) 和非连续导通模式(DCM)下R1电压的理想波形。

在CCM下，R1中消散的功耗为

其中D是升压转换器的占空比

该功率损耗取决于电感器电压(输入电压、输出电压和占空比)以及R1电阻。较低的电压可在DCR传感电路中产生更低的电流传感功率损耗。该功率损耗也可通过增大R1降低。在CCM下，该功率损耗与电感器电流无关。在DCM下，负载电流会对占空比产生影响，进而影响功率损耗。DCM下的负载电流越小，功率损耗就越低。

图6是在CCM下使用电阻器传感和DCR传感时电流传感功率损耗的分析比较。DCR传感通常可降低电流传感功率损耗并提高大负载条件下的效率，而电阻器传感则在极轻负载条件下具有更高的效率。DCR传感还可在低电压、高电流应用中提供各种实实在在的优势。

图6.电阻器及电容器DCR传感技术的电流传感功率损耗对比

在图7中，构建和测试使用DCR传感技术的升压转换器，与另一个采用电阻器传感技术的转换器比较。

这两款升压转换器的主要参数见下表。两款转换器都采用TITPS43061同步升压控制器

和具有9.42mΩ DCR的3.3µH电感器。

表1. 使用电阻器传感与DCR传感技术的升压转换器的主要参数对比。

图7是支持DCR电流传感的升压转换器，其中1.18kΩ电阻器用于R1和R3，而0.33µF电容器则用于RC网络中的电容器。在使用电阻器传感技术的该升压转换器版本中，应将10mΩ分立式电阻器插入电路中(在电感器前面)作为传感元件。

图7.支持DCR电流传感的升压转换器使用同步升压控制器

在2A 额定输出电流下将6V输入电压升压为15V输出电压时，对这两款升压转换器进行评估。

图8是所测得的效率。DCR传感可在高输出电流条件下提高效率，但在低电流下的表现不如电阻器传感技术。

电感器DCR电流传感技术能避免分立式电流传感电阻器的较高成本和较大尺寸。

除了将RC时间常数与电感器的L/DCR时间常数进行匹配外，还应处理实际电流传感比较器输入偏置电流引起的失调电压，以确保精确的电流传感。DCR传感能够在低电压、高电流应用中实现显著的效率提升。