在电子设备的电源设计领域，模式电源（SMPS）以其高效、紧凑的特点得到了广泛应用。然而，在实际设计过程中，SMPS 也面临着诸多复杂的问题。本文作为系列文章的第二篇，聚焦于 DC - DC 开关反馈级设计中的检测（RSENSE）元件，深入分析其可能出现的违规问题，并提供相应的纠正措施。

检测电阻器在开关模式电源中扮演着关键角色。从电感器出来的电流通过一个较小的检测电阻器（RSENSE）转换为电压，该电压充当向反馈逻辑发送的信号，用于调整输出。选择正确的 RSENSE 值对于确保反馈逻辑接收到电感电流的准确描述至关重要，同时还需保证 RSENSE 信号符合数据手册中检测电阻器两端的差分电压。

（图 1：简化的原理图，展示降压转换器及其反馈系统的基本操作。该图可以在应用笔记 AN140 中找到）

超小检测电阻器带来的问题

设计人员有时为了提高效率会选择减小检测电阻器的值。检测电阻器与电感器和输出串联，用于检测三角电感电流波形并将其应用于反馈环路。电阻器中的功率损耗可通过公式 Ploss = I2L × RSENSE 测定，减小电阻值可略微提高效率。然而，这种做法代价高昂。若电阻器的值过小，来自检测电阻器的信号会非常弱，导致信噪比（SNR）变差，噪声幅度接近转换后的电感电流信号。此时，检测电阻器无法有效隔离主信号，输出信号会出现抖动，如图 2 所示。

（图 2：输出不稳定造成抖动。超小 RSENSE 输出波形表现出持续特性。突出显示的波形采用标称 RSENSE 捕获）

为解决这一问题，设计人员应根据公式选择合适的 RSENSE 值，其中 Vsense (max) 在器件的数据手册中确定，Imax 是可汲取的负载电流。每个 SMPS 可以处理的电流（Imax）被定义为电感电流纹波的一半与平均负载电流之和，如图 3 所示。

（图 3：电感电流波形）

若设计人员难以选择合适的值，可利用 ADI 公司的 LTpowerCAD? 计算 RSENSE 值并获取建议值，以确保正常工作。若关心设计效率，还可利用 LTpowerCAD 中的功率损耗和效率选项卡确定电路中的功率损耗来源，如 MOSFET 开关损耗和电感器 DCR 损耗，并通过选择更高效的器件来纠正这些损耗。此外，若器件具有电感器 DCR 检测功能，可省略检测电阻器，以牺牲可靠性和噪声性能为代价提高效率。但方法仍是使用检测电阻器，仅在需要达到峰值效率时，可对电流波形进行电感器 DCR 检测。

超大检测电阻器引发的问题

设计人员在设计 SMPS 时通常不会选择超大的检测电阻器，但布局问题会导致 PCB 走线产生电阻，与检测电阻器的值相加会使总检测电阻增加。通常，SMPS 芯片具有电流限制功能，由检测电阻器两端可产生的电压确定。当超过该值时，器件进入限流模式，输出电压开始随负载电流的增加而下降，器件不再调整输出电压，如图 4 所示。

（图 4：超大检测电阻器的负载调整。该特定 DC - DC 转换器的额定电流高达 15 A，但使用超大检测电阻器时会在 4 A 左右停止调整）

当电感器和检测电阻器之间的走线过长，或者载流走线连接到芯片上的检测引脚之一时，容易出现这种现象。由于所选检测电阻器在毫欧级，对所增加的任何电阻都很敏感。可通过开尔文连接来避免此问题，如图 5 所示。

（图 5：这是一个正确的开尔文连接示例）

检测走线来自检测电阻器，与 PCB 焊盘和载流走线分离。开尔文走线更细，且尽可能靠近检测电阻器以避免寄生电阻增加，使 VSENSE 能够准确表示检测电阻器两端的电压。当检测电阻器因缺乏正确的开尔文连接、走线太长或所选值有误而增加时，电流限制会因 VSENSE (MAX) 更快达到而在较低负载下触发，导致负载调整能力变差。

等效串联电感（ESL）的影响

寄生等效串联电感（ESL）是表面贴装器件（SMD）电阻器的固有特性。由于检测电阻器的值较低（毫欧级），ESL 会对检测架构产生显著影响。为消除寄生 ESL 的影响，必须在检测走线中添加 RC 。然而，设计人员可能为了减小 BOM 尺寸、降低成本或遗忘而省略这些元件。

ESL 不仅包含检测电阻器寄生电感，还包含由电路板布局和走线引起的总电感。ESL 可通过公式计算，VESL (step) 是检测电阻器两端的附加电压。滤波器需要产生一个 RC 时间常数，该常数等于或小于计算出的检测电阻器时间常数（ESL/R）。移除滤波器后，检测电阻器将表现出与其电阻特性叠加的电感特性，可通过检测电阻器波形上的尖峰（电压阶跃）观察到，如图 6 所示。

（图 6：这是移除滤波器补偿系统后的 RSENSE 信号）

此外，由于输出纹波增加，器件会错误地认为在较低额定负载下已达到其内部电流限制，导致负载调整能力变差，如图 7 所示。

（图 7：移除滤波器补偿系统后电源的负载调整。该特定器件的额定电流高达 15 A，但在 12 A 时停止调整）

该问题可通过添加适当尺寸的滤波器来解决。

添加滤波器后，传送到检测架构的电压将会增加。与不带滤波器的检测电阻器两端的信号相比，RC 滤波器对信号进行了平滑处理，消除了 ESL 阶跃，感应尖峰消失，波形呈三角形。

综上所述，检测电阻器在开关模式电源中虽然常被忽视，但其尺寸对于在负载变化时保持稳定的输出电压至关重要。若为了省电选择尺寸不合适的检测电阻器，或不考虑布局电阻器寄生效应，可能导致整个系统性能下降。忽略检测电阻器滤波元件会使向检测架构反馈的信号不准确，进一步降低系统性能。本文为设计人员分析降压转换器中检测电阻器设计问题提供了指南，并给出了实用的解决方案，有助于避免出现文中所述的干扰行为。