【導(dǎo)讀】在開關(guān)電源的設(shè)計與調(diào)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(guān)鍵步驟。掌握正確的測量方法至關(guān)重要。在開關(guān)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(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性及可靠性。
在開關(guān)電源的設(shè)計與調(diào)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(guān)鍵步驟。掌握正確的測量方法至關(guān)重要。在開關(guān)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(zhuǎn)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(guān)電源中的電感電流對于工程師而言是一項基礎(chǔ)且關(guān)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(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)用場景，尤其是在大電流工作條件下，電感是否會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。
一旦電感發(fā)生飽和，其電感量會急劇下降，導(dǎo)致峰值電流急劇升高，這可能引發(fā)一系列問題，如開關(guān)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(zhǔn)的電流測量是進行電源優(yōu)化和故障診斷的重要依據(jù)。
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(yīng)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(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量方法，需在電路中串聯(lián)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(guān)電源產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲容易耦合進采樣信號中，使得測量結(jié)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(shù)偏差和溫度變化影響較大，需要配套的RC網(wǎng)絡(luò)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(guān)重要。推薦將探頭放置在電感電壓相對穩(wěn)定的一側(cè)（即“安靜側(cè)”）。
例如在降壓拓撲中，電感的右側(cè)（連接輸出電容端）電壓相對平穩(wěn)，是理想的測量點。而左側(cè)（開關(guān)節(jié)點）電壓高速跳變，容性耦合干擾嚴(yán)重，應(yīng)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(fēng)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(yīng)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(zhǔn)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(zhǔn)，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(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。
避免使用繞線電阻，其寄生電感較大，會在高頻開關(guān)環(huán)境下產(chǎn)生嚴(yán)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(quán)衡。阻值過大會產(chǎn)生較大的電壓降和功率損耗，影響電源效率；阻值過小則產(chǎn)生的檢測信號太微弱，容易淹沒在噪聲中，難以準(zhǔn)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(yīng)短而直，緊密耦合，并遠離高噪聲的開關(guān)節(jié)點（如開關(guān)管、電感）和快速變化的電壓軌，以防止噪聲耦合。
05 測量與數(shù)據(jù)分析
正確的測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(xiàn)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(dǎo)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(shè)計至關(guān)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(cè)（輸出電壓側(cè)）。
這套方案能有效規(guī)避開關(guān)噪聲干擾，準(zhǔn)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(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，這項投資對于嚴(yán)謹?shù)墓こ處煻员夭豢缮佟?/p>
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