开关电源中测量电感电流的最佳方法

工程师工作中，开关电源设计是不可避免的。评估自己设计的电源时，测试转换电路之后的电感电流是其中一项必不可少的工作。有的工程师没有合适的工具，使用分流电阻器的方法来做，测得结果往往是不准确的。这时，用我们介绍的方法，加以合适的工具，才是测量电感电流的正确姿势。

开关电源(Switching-Mode Power Supply, 或简称SMPS) 通常使用电感(Inductor)来临时存储能量。想要全面的评估电源，测量电压转换电路后的电感电流是必不可少的，如何准确且高效的测量电感电流呢?

以一个典型的降压转换器即降压拓扑 (Buck Topology)为例（图1），如下图红框，常规电流电感的测量建议使用这样的方式设置：接入一根辅助小电缆与电感进行串联。

图1. 开关电源中电感电流测量的示意图

接入的电缆和电流探头连接后，在示波器上显示电感的电流波形。 使用电感这种方法在开关拓扑中是最为普遍的，电感一侧的电压在两个极限值之间切换，而另一侧的电压保持相对的稳定。因此，通常建议大家在实际测试时，在电感具有稳定电压的一侧进行测量。

对于图1所示的降压转换器， 电感L左侧（开关节点）的电压根据开关的频率在输入电压和地之间切换。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的稳定侧，如上图红圈所示。

接下来，我们以ADI 公司的ADP5070 评估板 （图2）作示例，具体看看测量电感电流时的实际设置及操作步骤——

首先，根据评估板的原理图，找出开发板上电感的位置；

图2 ADP5070评估板的线路图和PCB板布局

然后，拆下电感，将电感一端斜向焊接到电路板；

最后，将电感的另一端使用辅助线连接到板上。

图3使用电流探头测量电感电流

按照上述步骤，就可以完成电感电路的转换。在拆卸电感时，可以使用热气流脱焊，是一种有效的方法，许多SMD返修站都会提供温度及风量可调的热气流处理。

如图3所示，工程师就可以使用电流探头(Current Probe)直接连接到示波器以读取数据或波形图。然而，有一些工程师并没有用电流探头来测量电流，而是使用 “分流电阻器(Shunt Resistor)”的方法并联电阻器来测量电感上的电流。从原理上来说，用“分流电阻器”来测量是可行的，但是这种测量的缺点是开关电源产生的开关噪声很容易通过分流电阻器耦合到电压测量中。因此当电感电流改变方向时，测量结果并不能代表电感上真正的电流的行为。

基于此，我们建议采用电流探头连接示波器的方法，更加高效和准确。

图4 使用电流探头的示波器读取电感上的电流

如上图（图4），蓝色线就是使用电流探头和相应的示波器测量出的开关电源电感上的电流。 除了蓝色显示的测量值之外，还添加了紫色标记，以指示当电感开始朝峰值电流过饱和时流过电感的电流的外观。 如果所选电感对于给定应用没有足够的额定电流时，就可能会出现这种情况。

在开关电源中进行电感电流测量的主要原因之一是，可以帮助大家识别是否正确选择了电感，或者在工作中/故障情况下是否会出现电感饱和。如果用分流电阻器代替电流探头进行测量很容易产生耦合噪声，尤其是在峰值电流时，会导致电感饱和的检测非常困难。

因此，线圈电流的检测在电源评估中非常有用，可以通过合适的设备轻松实现。

总结：在开关电源电路中，建议选择在输出端增加一个电感来实现电压的稳定输出，最有效且最准确的测量方法是：将电流探头直接连接到示波器以判断电感值是否合适。

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