開(kāi)關(guān)電源中的電感電流測量

問(wèn)題：如何測量電感電流？

答案：

開(kāi)關(guān)電源通常使用電感來(lái)臨時(shí)儲能。在評估這些電源時(shí)，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(lèi)測量的建議設置。接入一根輔助小電纜與電感串聯(lián)。將它用來(lái)連接一個(gè)電流探頭，并通過(guò)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(jìn)行測量。大多數開(kāi)關(guān)穩壓器拓撲使用電感的方式是，一側電壓在兩個(gè)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(kāi)關(guān)節點(diǎn)（即電感L的左側）上的電壓以開(kāi)關(guān)邊沿的速率在輸入電壓和地電壓之間切換。電感的右側是輸出電壓，通常相對穩定。為了減少由于電容耦合（電場(chǎng)耦合）引起的干擾，電流測量環(huán)路應放置在電感安靜的一側，如圖1所示。

圖1 開(kāi)關(guān)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(shí)際設置。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(guò)輔助電線(xiàn)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。

圖2 電感電流測量的實(shí)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(gè)問(wèn)題不斷地被提出，即是否也可以通過(guò)分流電阻來(lái)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(diǎn)是，在開(kāi)關(guān)電源中產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲很容易通過(guò)分流電阻耦合到電壓測量中。因此，特別是在關(guān)注的點(diǎn)上，當電感電流改變方向時(shí)，測量結果并不能真正代表電感電流的行為。

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(guò)與所用示波器兼容的電流探頭檢測到的開(kāi)關(guān)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(kāi)始接近峰值電流進(jìn)入過(guò)度飽和時(shí)，流過(guò)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(shí)，就會(huì )發(fā)生這種情況。在開(kāi)關(guān)電源中進(jìn)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(huì )出現電感飽和。

用分流電阻代替電流箝位進(jìn)行測量將會(huì )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(xiàn)圈電流的檢測在電源評估中非常有用，并且可以通過(guò)合適的設備輕松實(shí)現。

作者簡(jiǎn)介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，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(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑A(yíng)DI公司擔任電源管理現場(chǎng)應用工程師。