開關(guān)電源中的電感電流測量

問題：如何測量電感電流？

答案：

開關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器（降壓拓撲）為例，顯示了針對這類測量的建議設(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)進行測量。大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲使用電感的方式是，一側(cè)電壓在兩個極限值之間切換，而另一側(cè)電壓則保持相對穩(wěn)定。對于圖1所示的降壓型轉(zhuǎn)換器，開關(guān)節(jié)點（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，通常相對穩(wěn)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(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量示意圖

圖2顯示了用于該測量的實際設(shè)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(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 電感電流測量的實際設(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(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量中。因此，特別是在關(guān)注的點上，當電感電流改變方向時，測量結(jié)果并不能真正代表電感電流的行為。

圖3 電感電流的測量結(jié)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(guān)電源的電感電流（藍色）的測量結(jié)果。除了顯示為藍色的測量結(jié)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(yīng)用不能提供足夠的額定電流時，就會發(fā)生這種情況。在開關(guān)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(xiàn)電感飽和。

用分流電阻代替電流箝位進行測量將會出現(xiàn)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(shè)備輕松實現(xiàn)。

作者簡介

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