本文第二部分介绍了如何测量高压或负供电轨上的电流，以及如何测量电流IMON配置寄存器的检测方法。本文阐述了测量电流的精度，并提供了使用LTpowerPlay说明设备编程。在第一部分，我们介绍了电流检测的基本概念，包括各种方法和电路拓扑。

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超出设备限制

LTC297x应用于设备VSENSE和ISENSE引脚的电压有限。最高电压不得超过6 V。接下来，我们主要讨论LTC297x系列中的大部分产品，LTC除2971外，其电压限值为±60 V。电压大于6 V或者对于负电压供电轨，必须设计间接检测电感或电阻两端电压的方法。

电阻分压器

若电源电压高于ISENSE人们可能倾向于使用引脚的最大额定电压。在计算分频信号误差之前，这种考虑似乎是合理的。分压器安装在检测元件的每一侧。获取每个分压器的输出，然后传输到LTC297x检测引脚。若上下电阻比相互匹配，则可实现准确的分频HV信号的目标。电轨电压完全分压，使电轨电压完全分压LTC297x输入电压保持在其限值内，分压输出电压提供比例电压LTC297x进行测量。但电阻容差要求使这种方法不可行。另外，电压分压次数越多，误差越大。例如，如果只有一个电阻产生0.1%的误差，就会产生固定的偏置误差。增益误差所占比例很小，主要是偏置误差。

例如，如果你需要测量12 V输出电流。可提供2个电源 A，并且输出路径配有10个 mΩ分流电阻(RSNS)。这种分流电阻在满载下产生20个 mV信号。因此，可选择3次分流电路，顶部和底部分别选择2次 kΩ和1 kΩ电阻。这使得ISENSE总模电压为4 V。使用相对较低的值来保持较低的源阻抗，就像LTC297x器件一样，以减少由分压器的戴维南等效电阻引起的漏电流误差。

图1.用于电流检测的电阻分压器会产生很大的误差

假设在空载条件下，所有电阻都是理想的。每个分压器的中点为4.00 V，delta V为零。因此，LTC297x的READ_IOUT值为0.000 A。但是，如果其中一个是2 kΩ组件电阻高达0.1%(2002 Ω)，delta V则为2.665 mV。但要注意，就像ISENSE检测到的为20 mV/3或6.667 mV。2.665 mV读数转化为0.4 A输出电流。这是满量程读数的40%！如前所述，引入的误差是偏置误差，而不是增益误差。但不管是哪种，都是很大的误差。这种方法对电阻容差过于敏感，因此我们必须找到另一种解决方案。

高端检测放大器

因为LTC2972/LTC2974/LTC2975对ISENSE引脚的电压限值为6 V，因此，使用高端电流检测放大器(CSA)通过电平转换来解决这个问题。LT6100/LTC6101常用于固定/用户可选的增益。与使用分压电阻相比，其精度更高。

低端电流检测

在某些用例中，可以选择低端电流检测。将检测电阻放在负载低端ISENSE引脚与电阻相连。这样，ISENSE引脚的共模电压可以接近GND。若电源电压大于6 V，所以它也可能适合你的应用。这是一个很好的解决方案，可以用来测量几乎所有电源轨上的电流，包括高压轨。选择RSENSE值时需要考虑两个方面，获得足够大的信号，以实现良好的精度，阻抗足够低，不会造成大幅度IR压降导致输出电压和负载下降，即负载调整不良。图3显示VSENSE与开尔文检测相连的反馈电阻。在不包括压降的情况下，开尔文检测是一个术语。

在建立电流返回路径检测电阻时，应非常小心。许多高密度板设计为多层接地浇筑层(ground pour)，返回的电流可以通过多条路径流动。使用分流电阻后，返回的电流可以被迫通过该元件流动，使开尔文检测连接穿过该元件并重新连接PSM器件的ISENSE引脚。

图3.低端检测解决了高压电流检测问题，但存在缺点

负电轨上的电流检测

负电源的输出电流可以用几种不同的方法来监测。更简单的解决方案是使用低端CSA，例如LTC6105.图4显示跨分流电阻连接的输入，CSA由PSM的VDD低端供电33和负电轨。输出为单端信号，可连接到PSM的ISENSE或VSENSE引脚。

如果CSA连接到ISENSE引脚，则将IOUT_CAL_GAIN设置为RSNS× GAINCSA。例如，如果分流电阻为10 m?，CSA如果增益为10，则将IOUT_CAL_GAIN设置为100。IOUT_CAL_GAIN单位为毫欧。

图4.使用CSA (LTC6105)检测电流

使用LTC2971-1或LTC负电源输出电流的监测是一个非常简单的解决方案，LTC2971-2以检测到2971-2 V电压轨上的电流。LTC2971-1只能检测通道1负电轨上的电流。

图5.无需外部组件即可检测负电轨上的电流

注意：LTC2971的READ_VOUT值采用L16格式，无符号值。GUI负电轨电压值反相显示。

图7.使用LT3081 IMON引脚

若负载电流为2 A，则IMON电压为0.8 V。根据这个公式，可以看出只需要增加IMON可以提高电阻值IMON电压对负载电流的敏感性。如果这样做，最大电压(满载)可能会很远>1 V。PSM器件的ISENSE引脚需要适应这种大偏移。对于LTC2974/LTC2975会影响差异电压(限制为±170 mV）。幸运的是，LTC2971和LTC当2972有配置位时，imon_sense位置时，允许电流检测电路进入单端电压高达6的模式 V。

图9.使用LT7101 IMON引脚

通过将LTC297x ISENSEM并将引脚接地ISENSEP引脚连接至IMON可以引脚LTC2971/LTC2972连接至LT7101.命令值可通过以下公式计算：

从READ_IOUT公式开始，

重写求解IOUT_CAL_GAIN的方程：

假设TCORRECTION= 1。

LT7101数据手册给出了1 A和0.25 A负载电流的IMON分别为1的电压电平.21 V和0.603 V。所以，IOUT_CAL_GAIN值为：

IOUT_CAL_OFFSET为：

IOUT_CAL_OFFSET是负值，因为需要减去READ_IOUT值。您可能会发现，为了更好地测量负载电流和READ_IOUT读数是相关的。这需要增加校准步骤。驱动已知的负载电流，然后比较READ_IOUT将调整值和预期值写入调整值IOUT_CAL_GAIN和/或IOUT_CAL_OFFSET。一般来说，许多稳压器IMON测量电流的精度不如测量电阻的精度高，但校准电流的测量值可以大大提高其精度。

精度

电流测量的精度取决于多个因素的总和。在大多数系统中，精度在负载电流范围内的中高端系统非常重要。一些系统需要在轻负载条件下提供良好的精度，这意味着检测链中的信号非常小。精度影响因素可分为四类：检测元件、板布局、放大器和检测测量电路。

在详细讨论精度之前，需要先定义术语TUE。总是调整误差或TUE是每个LTC297x在数据手册中列出的规格参数。包括电流和电流测量TUE规格。TUE是从VSENSE或ISENSE引脚到芯片的数字部分，缓冲区和放大器PSM设备内部基准由电压源、增益和偏置误差引起的 组合误差。TUE以所有工艺变化和温度范围内的误差为最差情况READ_IOUT或READ_VOUT读数百分比表示。这样就不需要计算芯片中的单个误差，比如VREF误差和ADC误差。外部组件（CSA相关电阻、分流电阻、电感DCR、IMON电流)各自会产生误差，必须考虑总误差预算。

在输出路径中，电阻检测元件的精度最高。RSENSE容差一般为1%。它们成本低，容易获得。值范围一般为0.5 m?至几十m?之间。要确定值，必须考虑相关电流范围和范围两端所需的精度。电流流经RSENSE当元件产生小电压时，delta V。我们需要通过欧姆定律测量信号并将其转换为电流。我们可能希望在轻负载条件下获得足够大的信号，以实现良好的精度；然而，在大负载下IR会大幅下降，对电源性能产生负面影响。假设稳压器的反馈来自负载本身，检测点连接到负载上。因此，输出路径(高端和GND压降将出现在返回路径中。RSENSE位于稳压器反馈回路中。它还包括布局IR损失的PCB铜。

下面是精度的例子。假设电源的最大电流是10 A，我们希望精度能低到1000 mA。建议满载时进行IR压降保持在<50 mV。如果检测电阻位于反馈回路中，则可以产生更大的检测电压。大信号的缺点是检测元件中的功率损耗。这是选择电阻值时需要做出的基本选择。RSENSE根据满负载电流状态下检测到的电压计算值，本例为50 mV/10 A或5 m?。假设我们选择5%的容差为1% m?检测电阻。

精度为1%(电阻容差) 0.3%(数据手册中给出的)TUE）或1.3%，因为LTC2972/LTC2974/LTC2975输入检测电压>20 mV，该值可转换为大于4 A负载电流。检测电平<20 mV时，给出的TUE为±60 μV。负载电流为100 mA产生的信号为0.1 A × 0.005 ?或500 μV。在±12% (60 μV/500 μV)在轻负荷条件下，误差要大得多，这主要取决于TUE，电阻容差对精度影响不大。按绝对值计算，误差仅为±12 mA。TUE内部基准电压源误差ADC误差。选择更严格的容差检测电阻，获得更高的精度。

表2.ISENSE精度计算示例

针对上述内容LTC297x系列中的大部分产品都适合<6 V其中，LTC2972/LTC2974/LTC2975 ISENSE引脚可以直接连接到检测元件上，无需外部使用CSA。如果电源轨>6 V，则PSM管理系列中的大多数产品都需要使用CSA。LTC除2971外，它还可以直接连接高达±60 V的ISENSE引脚。LTC2971的TUE为0.6%，是LTC2972/LTC2974/LTC但是，IOUT_SNS引脚可直接连接到高达电源电压±60 V检测电阻。

使用LTC2977/LTC2979/LTC2980/LTM2987来测量>6 V可使用电源电压上的输出电流CSA单端输出驱动VSENSE引脚。任何通道都可以使用，adc_hires位置应保持其默认设置值0。从READ_VOUT寄存器读取输出电流的测量值，必须从电压转换为电流。需要注意的是，VSENSE引脚动态范围大于LTC2974/LTC2975的ISENSE引脚的170 mV限值范围。由于VSENSEP引脚可驱动至6 V，所以，可以CSA为了产生更大的检测电压，增益设置得更高。此外，CSA输入失调电压VOS还需要考虑。VOS乘积决定增益CSA输出误差。如果VOS为85 μV (LTC6101)增益设置为100，输出误差可达8.5 mV。VSENSE引脚<1 V时的TUE为2.5 mV，>1 V时间为0.25%。CSA为了尽可能减少输出误差，能减少输出误差，但需要足够大的利用VSENSE大信号范围的引脚。对于给定的增益设置，CSA误差是固定的mV误差。最后一列显示了转换后输出电流值的误差。表8描述了一个示例。RSENSE为5 mΩ。

表3.adc_hires = 使用外部CSA计算得出的LTC2977/LTC2979/LTC2980/LTM2987的精度

这说明，外部CSA它可以为高检测电压提供相当好的精度，但在低检测电平条件下会导致更多的误差。

准确的电流测量可以通过生成适当的检测电压或信号来实现。来自检测元件的delta V克服芯片和其他来源（如布局）引起的噪声和误差需要足够大。首先确定轻负载精度的重要性，然后估计信噪比(SNR)。最佳值可以通过将产生可接受精度的最低检测电压除以待检测范围内的最低电流值来计算。

要实现高精度，最好创建足够大的信号，尽量减少元件/布局误差。也就是说，使用较大的RSENSE电阻值和容差小。还可以考虑校准电流回读值。观察已知负载电流READ_IOUT值。调节IOUT_CAL_GAIN值，尽量减少回读值的误差。使用STORE_USER_ALL命令，将更改过的值存储到芯片的EEPROM中。

检流电阻检测精度

与电感相比，检流电阻的优点是DCR该方法更准确，因为分流电阻值的精度一般可以达到1%或更高。DCR相比之下，其温度系数相当低。但是，即使购买容差小的电阻，也可能因布局和焊接问题而失效。

分流电阻方法的劣势在于，它会因IR压降造成损失。这会导致发烧和输出路径压降。如前所述，将检测电阻放置在反馈环中可以大大降低IR压降使稳压器环路将压降降降低到可忽略的水平。

因为LTC297x差分输入电流会导致差分误差电压Rcm电阻值必须相同。Rcm由于滤波器的容差，电阻会产生误差。通常，这些电阻值应小于1 kΩ。

图10.ISENSE引脚电流

布局

无论您是计划使用分立感测电阻，还是使用电感DCR在高负荷条件下，布局对于测量电流非常重要。这很可能导致焊接连接IR感知连接也会受到压降的影响。最好避免与检测点之间出现IR感知连接压降焊盘。如果比较图11中显示的布局，会发现连接到焊盘的连接示例只有少量或没有IR这是因为焊盘的这些区域不会发生或很少发生电流。由于检测点（焊盘侧）位置（位于电流路径中），标记为一般的布局将出现IR压降。

图11.分流电阻布局建议

4端口检测电阻在市场上提供。两个端口用于连接主电流电路，另外两个端口用于开尔文检测连接。要求大于20 A在电流下应用精度极佳，4端口合金可用于检测电阻，其值可低至100 μΩ。一些制造商指定高值电阻的容差小于低值电阻，因此需要做出基本的权衡选择——当精度达到0.1%时使用1 mΩ，4000 μΩ。

图12.4端口分流电阻

在确定检测电阻的布局时，请参考改进低值分流电阻的焊盘布局，优化高电流检测精度。

使用LTC2977/LTC2979/LTC2980/LTM2987测量输出电流

LTC2977/LTC2979/LTC2980/LTM测量电流的能力有限。它们可以配置为测量奇数通道上的电流：通道1、3、5和7。电流测量配置必须将通道设置为高分辨率模式（MFR_CONFIG_LTC2977，位9）。这样VSENSEM引脚可以连接到高达6 V共模电压。VSENSEP和VSENSEM引脚可以跨接电感(DCR)或电阻检测(RSNS)元件上。

图14.用于检测差分电流的VSENSE引脚

LTpowerPlay有一个功能可以很方便地使用此功能mV读数转换为电流回读值(mA)。可用于比例系数READ_VOUT在寄存器中通过单击配置窗口中的设置选项卡来访问。

输入VOUT显示比例框中的值应等于1/RSNS。若使用外部CSA，比例系数需要设置为1//(GAINCSA/RSNS)。其中一个显示单元字段通过将V替换为A，伏特可以改为安培。这样，计算出的电流读数与基于电路中检测电阻的实际电流一致。例如，如果RSNS为10 mΩ (0.01 Ω)，则VOUT显示比为100。READ_VOUT现在寄存器会报告mA值，反映芯片测量的频率mV的100 mA。在这种情况下，是的RSNS为10 mΩ592电源轨 mA负载时，芯片的测量值为5.92 mV。注：设定的比例/偏置值不会保存在设备中NVM，但会保存至.proj文件。

图15.在选项卡中设置选项卡VOUT显示比例

图16.READ_VOUT遥测显示的比例值(mA)

因为差分电压(VSENSEPn – VSENSEMn)限制为±170 mV，因此，在选择检测元件时，必须选择检测元件注意，确保IR压降不得超过此限值。这些引脚的共模电压高达6 V。例如，如果预期电流为3 A范围内，则50 mΩ检测电阻为ADC提供150 mV电压，允许超过3.4 A。由于信号大，有助于提高精度，但在输出路径中，150 mV也是很大的IR压降。因此，电流测量精度和输出需要IR压降之间做出取舍。负载上的反馈环路应始终关闭，以便稳压器/伺服器调节到适当的输出电压。详情请参见LTC2977数据手册。

例如，分配一个奇数位通道来测量输出电流。通道7测量通道6IOUT，这是一个3.0 V电源。

图17.READ_VOUT转换为mA（通道7）

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当奇数位通道配置为ADC不能使用高分辨率模式VOUT_EN引脚，禁止监控功能；因此，无法快速检测过电流状态。但是，如果使用CSA，并输出单端信号VSENSEP引脚，就可以监控任何通道（在ADC低分辨率模式下)的电流。一个电压通道可以测CSA的输出。通过传输延迟CSA的延迟、PSM由设备和任何无源组件引起的延迟（即RC）决定可能导致的延迟总和。PSM无论故障响应是立即关闭还是抗尖峰关闭，还是延迟计数设置，延迟都取决于配置。

OC/UC故障监控

对于为高值负载供电的电轨，可能需要保护负载，避免受过电流条件的影响。LTC2974/LTC输出电流监控器集成在2975年。当监控器检测到过电流或欠电流条件时，允许用户配置通道关闭。当输出电压或输出电流超过用户定义的限值时，通道就会关闭。电压监控器和电流监控器组合集成在VOUT_EN逻辑内部。本文第一部分的表1总结了所有内容PSM管理器的这个功能。

图18.IOUTOC/UC故障/警告限值

故障监测器是用户可调阈值的采样比较器。该比较器每12.1 μs根据用户定义许用户根据用户定义设置降低输出噪声。只有当故障持续多次或超过时delay_count只有设置限值，才能触发监控器。本质上是基于时间的滤波器。delay_count可设置为7，可针对OC事件提供84 μs去毛刺反应。这样，当提示宽脉冲故障时，就不会检测到这些窄毛刺。在负载和管理器之间插入任何插入RC过滤器会增加额外的延迟。滤波器可以减少毛刺，但可以延长监控器的响应时间。数据手册中建议的时间通常是开关频率的十分之一。这段时间不会太长，也不会导致过滤器的延迟比监控器的响应时间长得多。需要快速OC可选择200个响应静音电源 Ω/10 nF或2 μs延迟。对于高噪声电源，1 kΩ/0.1 μF RC会导致100 μs延迟。这种延迟可能看起来很长，但它比ADC读数更快，后者可能约为100 ms。

欠压监测将检测输出中的低电流和反向电流。低电流状态是轻负载下的典型状态，不应出现UC故障。但测量的输出电流值包含负值。虽然通常不使用欠电流监控，但可以通过IOUT_UC_FAULT_LIMIT将其设置为负值，用于检测反向电流条件。要禁用UC故障检测，将IOUT_UC_FAULT_RESPONSE设置为忽略，将IOUT_UC_FAULT_LIMIT设置较大的负值。默认设置为–1 A。

虽然LTC2971/LTC2972不提供OC但该装置有故障检测OC根据警告功能ADC降低输出电流测量值ALERTB。警告会拉低ALERTB，并更新STATUS_IOUT寄存器。基于ADC读数通过硬件引脚和PMBus用作状态指示器的寄存器。可以将ALERTB连接至CONTROL为了关闭通道，引脚。或者微控制器可以通过声明中断来响应ALERTB，并驱动CONTROL引脚或发出PMBus命令关闭通道。将ALERTB连接至CONTROL缺点是任何警告或故障都会关闭通道。

使用LTC2971/LTC2972/LTC2974/LTC2975上的TSENSE引脚补偿电感DCR当时，通道可以通过温度监测关闭。过温故障、报警限值和故障响应可根据应用程序需要逐个调整。换句话说，它可以用来关闭单个通道，而不是一个全球（整个芯片）设置。

电流回读L11格式

从PSM设备回读的16进制值采用L无论是读取还是读取。LTC2977（ADC高分辨率模式)READ_VOUT或读取寄存器LTC2975/LTC2974/LTC2972/LTC2971上的READ_IOUT寄存器，L11格式是一种符号值，包括5位指数和11位尾数。

L11格式支持电流测量的极性。它是允许的符号格式READ_IIN和READ_IOUT寄存器向系统主机提供关于电流方向的信息。LTC2974/LTC输出电流的欠电流阈值为2975。负值可用于关闭吸收过多反向电流的通道。

关于L需要注意的一点是粒度。LTC2971/LTC2972/LTC2974/LTC2975年的数据手册显示了一个列表，列出了各种电流范围READ_IOUT值的粒度。这是因为固有粒度之一L116进制格式，而不是受器件ADC或任何其他硬件限制。还列在表中MFR_READ_IOUT粒度，可用于比较。MFR_READ_IOUT值是一种自定义格式，分辨率高于2 A时具有2.5 mA粒度。限制范围为±81.92 A。如果板主机CPU/FPGA需要将L11转换为浮点，可以向任何寄存器发出读取请求。READ_IOUT电流低于2的寄存器 A分辨率更高，没有81.92 A限制，但MFR_READ_IOUT值将解析为最接近的2.5 mA。

编程PSM器件和LTpowerPlay

与整个LTC297x设备系列相同，对PSM编程设备并成功启动硬件是非常有益的。使用LTpowerPlay这是一种非常简单的方法。LTpowerPlay并且可以免费下载Windows上运行。该软件有一个内置的编程工具，可以获取您保存的配置数据并将其写入设备EEPROM。上电启动后，芯片自动从EEPROM加载其RAM，并准备自动操作。

无论您是LTpowerPlay新用户或高级用户都可以使用LTpowerPlay学习如何配置、设计、评估、诊断和调试软件的电源配置和调试工具。假如你不打算用LTpowerPlay编程或提供遥测，下载Linduino C代码示例是另一种解决方案。LTSketchbook代码示例提供在压缩文件中。

图19.LTpowerPlay它是基于强大的功能Windows的开发环境，支持AD公司数字电源系统管理(PSM)产品

创建.proj文件检查清单：

● 确保每个PSM器件在PMBus有唯一的地址(硬件绑定)。

● 设置在每个输出通道上IOUT_CAL_GAIN。

○ 这是RSENSE、电感DCR，或计算得出IMON值。

● 测量输入电源电流(LTC2971/LTC2972/LTC2975)设置在每个设备上IIN_CAL_GAIN。

● 设置与温度相关的配置(例如MFR_IOUT_CAL_GAIN_TC、MFR_IOUT_CAL_GAIN_TAU_INV、MFR_IOUT_CAL_GAIN_THETA）。

● 设置IOUT_OC_FAULT_LIMIT和IOUT_OC_FAULT_RESPONSE (LTC2974/LTC2975)。

● 设置IOUT_UC_FAULT_LIMIT和IOUT_UC_FAULT_RESPONSE (LTC2974/LTC2975)。

● 提示：使用LTpowerPlay中间的配置导向简化了文件生成过程。

总结

AD的DPSM LTC297x该装置为混合信号PMBus IC，测量和监控电源电流。本文展示了各种检测方法，包括电阻分流和电感DCR和IMON。通过以OC/UC以故障监测的形式提供另一级保护，为该系列的功能集增加了电流测量功能。任何电源都有能力监测、监测和测量电压和电流。这些特性对高值供电轨非常有用。LTC297x提供配置设备PMBus寄存器的能力，让您在设计阶段的任何时点都能更灵活地更改电路板设计，甚至将电路板部署到现场之后也能更改。

作者简介

Michael Peters是AD公司电源系统管理设备的高级应用工程师。他在模拟和数字电路领域有30多年的经验，包括在以前的公司从事存储设备的经验。他毕业于密歇根大学安娜堡，获得电气工程学士学位。联系方式：michael.peters@analog.com。