【導(dǎo)讀】在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試中，電感電流的測(cè)量是評(píng)估性能、診斷問(wèn)題和確保穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。掌握正確的測(cè)量方法至關(guān)重要。在開(kāi)關(guān)電源中，電感作為臨時(shí)儲(chǔ)能元件，其電流波形直接影響電源的轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性及可靠性。
在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試中，電感電流的測(cè)量是評(píng)估性能、診斷問(wèn)題和確保穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。掌握正確的測(cè)量方法至關(guān)重要。在開(kāi)關(guān)電源中，電感作為臨時(shí)儲(chǔ)能元件，其電流波形直接影響電源的轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性及可靠性。
測(cè)量電感電流有助于工程師觀(guān)察電源的完整工作狀態(tài)，判斷電感選擇是否合適，以及是否存在電感飽和等潛在問(wèn)題。
電流探頭法因其較高的測(cè)量精度和相對(duì)較小的干擾，被廣泛視為測(cè)量電感電流的最佳方法之一，盡管其成本較為昂貴。
01 測(cè)量意義與價(jià)值
測(cè)量開(kāi)關(guān)電源中的電感電流對(duì)于工程師而言是一項(xiàng)基礎(chǔ)且關(guān)鍵的技能。通過(guò)觀(guān)測(cè)電感電流的波形、幅值以及變化趨勢(shì)，可以深入洞察電源的動(dòng)態(tài)工作特性。
電感電流的測(cè)量結(jié)果能夠有效幫助判斷所選電感元件是否合適于特定的應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在大電流工作條件下，電感是否會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。
一旦電感發(fā)生飽和，其電感量會(huì)急劇下降，導(dǎo)致峰值電流急劇升高，這可能引發(fā)一系列問(wèn)題，如開(kāi)關(guān)器件過(guò)熱、系統(tǒng)效率降低，甚至危及整個(gè)電路的安全運(yùn)行。
因此，精準(zhǔn)的電流測(cè)量是進(jìn)行電源優(yōu)化和故障診斷的重要依據(jù)。
02 主流測(cè)量方法對(duì)比
測(cè)量電感電流主要有三種方法：電流探頭法、分流電阻法以及電感DCR檢測(cè)法。
電流探頭法通過(guò)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行非接觸式測(cè)量，優(yōu)點(diǎn)是精度高、不影響原電路工作狀態(tài)。缺點(diǎn)在于設(shè)備成本昂貴，且需注意探頭的放置位置以減小干擾。
分流電阻法是一種侵入式測(cè)量方法，需在電路中串聯(lián)一個(gè)精密電阻。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、原理簡(jiǎn)單。但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)：電阻會(huì)引入額外損耗，降低效率；更重要的是，開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲容易耦合進(jìn)采樣信號(hào)中，使得測(cè)量結(jié)果失真，特別是在電流變化劇烈的點(diǎn)。
電感DCR（直流電阻）檢測(cè)法利用電感自身的寄生電阻來(lái)檢測(cè)電流，無(wú)需額外電阻，成本低且效率高。但這種方法精度受電感DCR本身參數(shù)偏差和溫度變化影響較大，需要配套的RC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償，且無(wú)法直接檢測(cè)電感飽和。
下表對(duì)比了三種主要測(cè)量方法的特點(diǎn)：
03 電流探頭法實(shí)操技巧
采用電流探頭法測(cè)量時(shí)，探頭放置位置至關(guān)重要。推薦將探頭放置在電感電壓相對(duì)穩(wěn)定的一側(cè)（即“安靜側(cè)”）。
例如在降壓拓?fù)渲?，電感的右?cè)（連接輸出電容端）電壓相對(duì)平穩(wěn)，是理想的測(cè)量點(diǎn)。而左側(cè)（開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)）電壓高速跳變，容性耦合干擾嚴(yán)重，應(yīng)盡量避免。
實(shí)際操作中，通常需要將電感的一個(gè)引腳輕輕提起，斜焊在電路板上，另一個(gè)引腳則通過(guò)一根短的輔助電纜連接到電路板。
這個(gè)過(guò)程需要仔細(xì)操作，通常使用熱風(fēng)槍進(jìn)行加熱脫焊，以避免損壞電感或PCB焊盤(pán)。連接輔助電纜時(shí)，應(yīng)確保其長(zhǎng)度盡可能短，以減少引入的額外寄生電感。
測(cè)量時(shí)，需選擇帶寬足夠的電流探頭和示波器，以確保能準(zhǔn)確捕捉電流波形的細(xì)節(jié)。探頭在使用前必須按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行消磁（Degauss）和校準(zhǔn)，以消除剩磁的影響，保證測(cè)量精度。
04 分流電阻法注意事項(xiàng)
如果選擇使用分流電阻法，電阻的選擇是關(guān)鍵。應(yīng)選擇低電感型的精密采樣電阻，例如金屬板電阻或?qū)Ｓ玫牡虴SL（等效串聯(lián)電感）貼片電阻。
避免使用繞線(xiàn)電阻，其寄生電感較大，會(huì)在高頻開(kāi)關(guān)環(huán)境下產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩和電壓尖峰，扭曲測(cè)量波形。
電阻的阻值選擇需要權(quán)衡。阻值過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的電壓降和功率損耗，影響電源效率；阻值過(guò)小則產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)太微弱，容易淹沒(méi)在噪聲中，難以準(zhǔn)確測(cè)量。
布局布線(xiàn)同樣重要。采樣電阻的Kelvin檢測(cè)連接（四線(xiàn)制測(cè)量）是必須的，這樣可以消除走線(xiàn)電阻的影響。
SENSE+和SENSE-走線(xiàn)應(yīng)短而直，緊密耦合，并遠(yuǎn)離高噪聲的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（如開(kāi)關(guān)管、電感）和快速變化的電壓軌，以防止噪聲耦合。
05 測(cè)量與數(shù)據(jù)分析
正確的測(cè)量操作是獲得可靠數(shù)據(jù)的前提。以電流探頭法為例，在示波器上成功捕獲到電感電流波形后，需要關(guān)注幾個(gè)關(guān)鍵特征。
正常的電感電流波形在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下應(yīng)呈現(xiàn)為鋸齒波，即電流在最小值與最大值之間線(xiàn)性地上升和下降。
波形中任何異常的急劇上升、振鈴或畸變都可能指示存在問(wèn)題。例如，若觀(guān)察到電流波形在峰值處出現(xiàn)異常的、急劇的尖峰，這往往是電感磁芯接近飽和的強(qiáng)烈信號(hào)。
這意味著電感器無(wú)法再儲(chǔ)存更多的能量，其電感量下降，導(dǎo)致電流斜率急劇增加。
通過(guò)測(cè)量峰值電流和谷值電流，可以計(jì)算得出電流的紋波率，這對(duì)于優(yōu)化電源效率和磁性元件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。同時(shí)，將測(cè)量得的電流紋波值與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，可以驗(yàn)證電源環(huán)路的工作狀態(tài)是否正常。
精確測(cè)量電感電流的最佳實(shí)踐是使用高頻電流探頭配合示波器，并將探頭置于電感的安靜側(cè)（輸出電壓側(cè)）。
這套方案能有效規(guī)避開(kāi)關(guān)噪聲干擾，準(zhǔn)確捕獲電流波形細(xì)節(jié)，是診斷電感飽和、優(yōu)化環(huán)路性能的黃金標(biāo)準(zhǔn)。
雖然設(shè)備投入較高，但為確保電源的可靠性與性能，這項(xiàng)投資對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ處煻员夭豢缮佟?/p>
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