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开关电源中的电感电流测量

2019-11-20 16:08:29 来源:Frederik Dostal ADI公司
问题:
如何测量电感电流?

 
答案:
开关电源通常使用电感来临时储能。在评估这些电源时,测量电感电流通常有助于了解完整的电压转换电路。但测量电感电流的最佳方法是什么?
 
图1以典型的降压型转换器(降压拓扑)为例,显示了针对这类测量的建议设置。接入一根辅助小电缆与电感串联。将它用来连接一个电流探头,并通过示波器显示电感电流。建议在电感具有稳定电压的那一侧进行测量。大多数开关稳压器拓扑使用电感的方式是,一侧电压在两个极限值之间切换,而另一侧电压则保持相对稳定。对于图1所示的降压型转换器,开关节点(即电感L的左侧)上的电压以开关边沿的速率在输入电压和地电压之间切换。电感的右侧是输出电压,通常相对稳定。为了减少由于电容耦合(电场耦合)引起的干扰,电流测量环路应放置在电感安静的一侧,如图1所示。
 
 
图1.开关电源中的电感电流测量示意图。
 
图2显示了用于该测量的实际设置。将电感提起,并将两个端子中的一个斜焊到电路板上。另一个端子通过辅助电线连接到电路板上。这种转换很容易就可以完成。热气流脱焊是拆卸电感的一种行之有效的方法。许多SMD返修站都提供温度可调的热气流处理。
 
 
图2.电感电流测量的实际设置。
 
电流探头由示波器制造商提供。遗憾的是,它们通常非常昂贵,因此有一个问题不断地被提出,即是否也可以通过分流电阻来测量电感电流。原则上这是可行的。但是,这种测量方法的缺点是,在开关电源中产生的开关噪声很容易通过分流电阻耦合到电压测量中。因此,特别是在关注的点上,当电感电流改变方向时,测量结果并不能真正代表电感电流的行为。
 
 
图3.电感电流的测量结果显示为蓝色,饱和电感的行为显示为附加的紫色。
 
图3显示了通过与所用示波器兼容的电流探头检测到的开关电源的电感电流(蓝色)的测量结果。除了显示为蓝色的测量结果之外,还添加了紫色标记,它指示当电感开始接近峰值电流进入过度饱和时,流过电感的电流状况。当选择的电感对于给定的应用不能提供足够的额定电流时,就会发生这种情况。在开关电源中进行电感电流测量的主要原因之一是,它可以帮助识别是否正确选择了电感,或者在工作中或故障情况下是否会出现电感饱和。
 
用分流电阻代替电流箝位进行测量将会出现强耦合噪声,尤其是在峰值电流处,这使得电感饱和的检测非常困难。
 
线圈电流的检测在电源评估中非常有用,并且可以通过合适的设备轻松实现。
 

作者简介
Frederik Dostal曾就读于德国埃尔兰根大学微电子学专业。他于2001年开始工作,涉足电源管理业务,曾担任各种应用工程师职位,并在亚利桑那州凤凰城工作了4年,负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司,并在慕尼黑ADI公司担任电源管理现场应用工程师。

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