【導讀】在開關電源的設計與調試中，電感電流的測量是評估性能、診斷問題和確保穩(wěn)定性的關鍵步驟。掌握正確的測量方法至關重要。在開關電源中，電感作為臨時儲能元件，其電流波形直接影響電源的轉換效率、穩(wěn)定性及可靠性。
在開關電源的設計與調試中，電感電流的測量是評估性能、診斷問題和確保穩(wěn)定性的關鍵步驟。掌握正確的測量方法至關重要。在開關電源中，電感作為臨時儲能元件，其電流波形直接影響電源的轉換效率、穩(wěn)定性及可靠性。
測量電感電流有助于工程師觀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題。
電流探頭法因其較高的測量精度和相對較小的干擾，被廣泛視為測量電感電流的最佳方法之一，盡管其成本較為昂貴。
01 測量意義與價值
測量開關電源中的電感電流對于工程師而言是一項基礎且關鍵的技能。通過觀測電感電流的波形、幅值以及變化趨勢，可以深入洞察電源的動態(tài)工作特性。
電感電流的測量結果能夠有效幫助判斷所選電感元件是否合適于特定的應用場景，尤其是在大電流工作條件下，電感是否會出現飽和現象。
一旦電感發(fā)生飽和，其電感量會急劇下降，導致峰值電流急劇升高，這可能引發(fā)一系列問題，如開關器件過熱、系統(tǒng)效率降低，甚至危及整個電路的安全運行。
因此，精準的電流測量是進行電源優(yōu)化和故障診斷的重要依據。
02 主流測量方法對比
測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檢測法。
電流探頭法通過電磁感應原理進行非接觸式測量，優(yōu)點是精度高、不影響原電路工作狀態(tài)。缺點在于設備成本昂貴，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量方法，需在電路中串聯一個精密電阻。其優(yōu)點是成本低廉、原理簡單。但缺點也顯而易見：電阻會引入額外損耗，降低效率；更重要的是，開關電源產生的高頻開關噪聲容易耦合進采樣信號中，使得測量結果失真，特別是在電流變化劇烈的點。
電感DCR（直流電阻）檢測法利用電感自身的寄生電阻來檢測電流，無需額外電阻，成本低且效率高。但這種方法精度受電感DCR本身參數偏差和溫度變化影響較大，需要配套的RC網絡進行補償，且無法直接檢測電感飽和。
下表對比了三種主要測量方法的特點：
03 電流探頭法實操技巧
采用電流探頭法測量時，探頭放置位置至關重要。推薦將探頭放置在電感電壓相對穩(wěn)定的一側（即“安靜側”）。
例如在降壓拓撲中，電感的右側（連接輸出電容端）電壓相對平穩(wěn)，是理想的測量點。而左側（開關節(jié)點）電壓高速跳變，容性耦合干擾嚴重，應盡量避免。
實際操作中，通常需要將電感的一個引腳輕輕提起，斜焊在電路板上，另一個引腳則通過一根短的輔助電纜連接到電路板。
這個過程需要仔細操作，通常使用熱風槍進行加熱脫焊，以避免損壞電感或PCB焊盤。連接輔助電纜時，應確保其長度盡可能短，以減少引入的額外寄生電感。
測量時，需選擇帶寬足夠的電流探頭和示波器，以確保能準確捕捉電流波形的細節(jié)。探頭在使用前必須按照說明書進行消磁（Degauss）和校準，以消除剩磁的影響，保證測量精度。
04 分流電阻法注意事項
如果選擇使用分流電阻法，電阻的選擇是關鍵。應選擇低電感型的精密采樣電阻，例如金屬板電阻或專用的低ESL（等效串聯電感）貼片電阻。
避免使用繞線電阻，其寄生電感較大，會在高頻開關環(huán)境下產生嚴重的振蕩和電壓尖峰，扭曲測量波形。
電阻的阻值選擇需要權衡。阻值過大會產生較大的電壓降和功率損耗，影響電源效率；阻值過小則產生的檢測信號太微弱，容易淹沒在噪聲中，難以準確測量。
布局布線同樣重要。采樣電阻的Kelvin檢測連接（四線制測量）是必須的，這樣可以消除走線電阻的影響。
SENSE+和SENSE-走線應短而直，緊密耦合，并遠離高噪聲的開關節(jié)點（如開關管、電感）和快速變化的電壓軌，以防止噪聲耦合。
05 測量與數據分析
正確的測量操作是獲得可靠數據的前提。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，需要關注幾個關鍵特征。
正常的電感電流波形在連續(xù)導通模式（CCM）下應呈現為鋸齒波，即電流在最小值與最大值之間線性地上升和下降。
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題。例如，若觀察到電流波形在峰值處出現異常的、急劇的尖峰，這往往是電感磁芯接近飽和的強烈信號。
這意味著電感器無法再儲存更多的能量，其電感量下降，導致電流斜率急劇增加。
通過測量峰值電流和谷值電流，可以計算得出電流的紋波率，這對于優(yōu)化電源效率和磁性元件設計至關重要。同時，將測量得的電流紋波值與理論計算值進行對比，可以驗證電源環(huán)路的工作狀態(tài)是否正常。
精確測量電感電流的最佳實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（輸出電壓側）。
這套方案能有效規(guī)避開關噪聲干擾，準確捕獲電流波形細節(jié)，是診斷電感飽和、優(yōu)化環(huán)路性能的黃金標準。
雖然設備投入較高，但為確保電源的可靠性與性能，這項投資對于嚴謹的工程師而言必不可少。
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