開關電源中的電感電流量測

作者 : Frederik Dostal,ADI 電源管理現場應用工程師

問題:如何量測電感電流?

切換開關電源通常使用電感來臨時儲能。在評估這些電源時,量測電感電流通常有助於瞭解完整的電壓轉換電路。但量測電感電流的最佳方法是什麼?

圖1以典型的降壓型轉換器(降壓拓撲)為例,顯示了針對這類量測的建議設置。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,並透過示波器顯示電感電流,此處建議在電感具有穩定電壓的那一側進行量測。

大多數切換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。對於圖1所示的降壓轉換器而言,切換開關節點(即電感L的左側)上的電壓以切換開關邊緣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。為了減少由於電容耦合(電場耦合)引起的干擾,電流量測迴路應放置在電感安靜的一側,如圖1所示。

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圖1:切換開關電源中的電感電流量測示意圖。

圖2顯示了用於該量測的實際設定。將電感提起,並將兩個端子中的一個斜焊到電路板上。另一個端子透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 維修站都提供溫度可調的熱氣流處理。

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圖2:電感電流量測的實際設置。

電流探頭由示波器製造商提供,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,亦即是否也可以透過分流電阻來量測電感電流?原則上這是可行的,但是這種量測方法的缺點,在於切換開關電源中產生的切換開關雜訊,很容易透過分流電阻耦合到電壓量測中。因此特別是在關注的點上,當電感電流改變方向時,量測結果並不能真正代表電感電流的行為。

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圖3:電感電流的量測結果顯示為藍色,飽和電感的行為顯示為附加的紫色。

圖3顯示了透過與所用示波器相容的電流探頭檢測到的切換開關電源的電感電流(藍色)的量測結果,除了顯示為藍色的量測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。當選擇的電感對於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。

在切換開關電源中進行電感電流量測的主要原因之一,是它可以協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量測將會出現強耦合雜訊,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則非常有用,並且可以透過合適的設備輕鬆實現。

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