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開關電源中的電感電流測量

2019-11-20
作者:Frederik Dostal
來源:ADI公司

問題:

  如何測量電感電流?

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答案:

  開關電源通常使用電感來臨時儲能。在評估這些電源時,測量電感電流通常有助于了解完整的電壓轉換電路。但測量電感電流的最佳方法是什么?

  圖1以典型的降壓型轉換器(降壓拓撲)為例,顯示了針對這類測量的建議設置。接入一根輔助小電纜與電感串聯。將它用來連接一個電流探頭,并通過示波器顯示電感電流。建議在電感具有穩定電壓的那一側進行測量。大多數開關穩壓器拓撲使用電感的方式是,一側電壓在兩個極限值之間切換,而另一側電壓則保持相對穩定。對于圖1所示的降壓型轉換器,開關節點(即電感L的左側)上的電壓以開關邊沿的速率在輸入電壓和地電壓之間切換。電感的右側是輸出電壓,通常相對穩定。為了減少由于電容耦合(電場耦合)引起的干擾,電流測量環路應放置在電感安靜的一側,如圖1所示。

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  圖1.開關電源中的電感電流測量示意圖。

  圖2顯示了用于該測量的實際設置。將電感提起,并將兩個端子中的一個斜焊到電路板上。另一個端子通過輔助電線連接到電路板上。這種轉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的熱氣流處理。

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  圖2.電感電流測量的實際設置。

  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,因此有一個問題不斷地被提出,即是否也可以通過分流電阻來測量電感電流。原則上這是可行的。但是,這種測量方法的缺點是,在開關電源中產生的開關噪聲很容易通過分流電阻耦合到電壓測量中。因此,特別是在關注的點上,當電感電流改變方向時,測量結果并不能真正代表電感電流的行為。

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  圖3.電感電流的測量結果顯示為藍色,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到的開關電源的電感電流(藍色)的測量結果。除了顯示為藍色的測量結果之外,還添加了紫色標記,它指示當電感開始接近峰值電流進入過度飽和時,流過電感的電流狀況。當選擇的電感對于給定的應用不能提供足夠的額定電流時,就會發生這種情況。在開關電源中進行電感電流測量的主要原因之一是,它可以幫助識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出現電感飽和。

  用分流電阻代替電流箝位進行測量將會出現強耦合噪聲,尤其是在峰值電流處,這使得電感飽和的檢測非常困難。

  線圈電流的檢測在電源評估中非常有用,并且可以通過合適的設備輕松實現。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業。他于2001年開始工作,涉足電源管理業務,曾擔任各種應用工程師職位,并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年,負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司,并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場應用工程師。


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