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開關(guān)電源中的電感電流測(cè)量

2019-11-20 16:08:29 Frederik Dostal ADI公司

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問題：
如何測(cè)量電感電流？

答案：
開關(guān)電源通常使用電感來臨時(shí)儲(chǔ)能。在評(píng)估這些電源時(shí)，測(cè)量電感電流通常有助于了解完整的電壓轉(zhuǎn)換電路。但測(cè)量電感電流的最佳方法是什么？

圖1以典型的降壓型轉(zhuǎn)換器（降壓拓?fù)洌槔@示了針對(duì)這類測(cè)量的建議設(shè)置。接入一根輔助小電纜與電感串聯(lián)。將它用來連接一個(gè)電流探頭，并通過示波器顯示電感電流。建議在電感具有穩(wěn)定電壓的那一側(cè)進(jìn)行測(cè)量。大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)涫褂秒姼械姆绞绞牵粋?cè)電壓在兩個(gè)極限值之間切換，而另一側(cè)電壓則保持相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于圖1所示的降壓型轉(zhuǎn)換器，開關(guān)節(jié)點(diǎn)（即電感L的左側(cè)）上的電壓以開關(guān)邊沿的速率在輸入電壓和地電壓之間切換。電感的右側(cè)是輸出電壓，通常相對(duì)穩(wěn)定。為了減少由于電容耦合（電場(chǎng)耦合）引起的干擾，電流測(cè)量環(huán)路應(yīng)放置在電感安靜的一側(cè)，如圖1所示。

圖1.開關(guān)電源中的電感電流測(cè)量示意圖。

圖2顯示了用于該測(cè)量的實(shí)際設(shè)置。將電感提起，并將兩個(gè)端子中的一個(gè)斜焊到電路板上。另一個(gè)端子通過輔助電線連接到電路板上。這種轉(zhuǎn)換很容易就可以完成。熱氣流脫焊是拆卸電感的一種行之有效的方法。許多SMD返修站都提供溫度可調(diào)的熱氣流處理。

圖2.電感電流測(cè)量的實(shí)際設(shè)置。

電流探頭由示波器制造商提供。遺憾的是，它們通常非常昂貴，因此有一個(gè)問題不斷地被提出，即是否也可以通過分流電阻來測(cè)量電感電流。原則上這是可行的。但是，這種測(cè)量方法的缺點(diǎn)是，在開關(guān)電源中產(chǎn)生的開關(guān)噪聲很容易通過分流電阻耦合到電壓測(cè)量中。因此，特別是在關(guān)注的點(diǎn)上，當(dāng)電感電流改變方向時(shí)，測(cè)量結(jié)果并不能真正代表電感電流的行為。

圖3.電感電流的測(cè)量結(jié)果顯示為藍(lán)色，飽和電感的行為顯示為附加的紫色。

圖3顯示了通過與所用示波器兼容的電流探頭檢測(cè)到的開關(guān)電源的電感電流（藍(lán)色）的測(cè)量結(jié)果。除了顯示為藍(lán)色的測(cè)量結(jié)果之外，還添加了紫色標(biāo)記，它指示當(dāng)電感開始接近峰值電流進(jìn)入過度飽和時(shí)，流過電感的電流狀況。當(dāng)選擇的電感對(duì)于給定的應(yīng)用不能提供足夠的額定電流時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。在開關(guān)電源中進(jìn)行電感電流測(cè)量的主要原因之一是，它可以幫助識(shí)別是否正確選擇了電感，或者在工作中或故障情況下是否會(huì)出現(xiàn)電感飽和。

用分流電阻代替電流箝位進(jìn)行測(cè)量將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)耦合噪聲，尤其是在峰值電流處，這使得電感飽和的檢測(cè)非常困難。

線圈電流的檢測(cè)在電源評(píng)估中非常有用，并且可以通過合適的設(shè)備輕松實(shí)現(xiàn)。

作者簡(jiǎn)介
Frederik Dostal曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔(dān)任電源管理現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。