【导读】在开关电源的设计与调试中，电感电流的测量是评估性能、诊断问题和确保稳定性的关键步骤。掌握正确的测量方法至关重要。在开关电源中，电感作为临时储能元件，其电流波形直接影响电源的转换效率、稳定性及可靠性。
在开关电源的设计与调试中，电感电流的测量是评估性能、诊断问题和确保稳定性的关键步骤。掌握正确的测量方法至关重要。在开关电源中，电感作为临时储能元件，其电流波形直接影响电源的转换效率、稳定性及可靠性。
测量电感电流有助于工程师观察电源的完整工作状态，判断电感选择是否合适，以及是否存在电感饱和等潜在问题。
电流探头法因其较高的测量精度和相对较小的干扰，被广泛视为测量电感电流的最佳方法之一，尽管其成本较为昂贵。
01 测量意义与价值
测量开关电源中的电感电流对于工程师而言是一项基础且关键的技能。通过观测电感电流的波形、幅值以及变化趋势，可以深入洞察电源的动态工作特性。
电感电流的测量结果能够有效帮助判断所选电感元件是否合适于特定的应用场景，尤其是在大电流工作条件下，电感是否会出现饱和现象。
一旦电感发生饱和，其电感量会急剧下降，导致峰值电流急剧升高，这可能引发一系列问题，如开关器件过热、系统效率降低，甚至危及整个电路的安全运行。
因此，精准的电流测量是进行电源优化和故障诊断的重要依据。
02 主流测量方法对比
测量电感电流主要有三种方法：电流探头法、分流电阻法以及电感DCR检测法。
电流探头法通过电磁感应原理进行非接触式测量，优点是精度高、不影响原电路工作状态。缺点在于设备成本昂贵，且需注意探头的放置位置以减小干扰。
分流电阻法是一种侵入式测量方法，需在电路中串联一个精密电阻。其优点是成本低廉、原理简单。但缺点也显而易见：电阻会引入额外损耗，降低效率；更重要的是，开关电源产生的高频开关噪声容易耦合进采样信号中，使得测量结果失真，特别是在电流变化剧烈的点。
电感DCR（直流电阻）检测法利用电感自身的寄生电阻来检测电流，无需额外电阻，成本低且效率高。但这种方法精度受电感DCR本身参数偏差和温度变化影响较大，需要配套的RC网络进行补偿，且无法直接检测电感饱和。
下表对比了三种主要测量方法的特点：
03 电流探头法实操技巧
采用电流探头法测量时，探头放置位置至关重要。推荐将探头放置在电感电压相对稳定的一侧（即“安静侧”）。
例如在降压拓扑中，电感的右侧（连接输出电容端）电压相对平稳，是理想的测量点。而左侧（开关节点）电压高速跳变，容性耦合干扰严重，应尽量避免。
实际操作中，通常需要将电感的一个引脚轻轻提起，斜焊在电路板上，另一个引脚则通过一根短的辅助电缆连接到电路板。
这个过程需要仔细操作，通常使用热风枪进行加热脱焊，以避免损坏电感或PCB焊盘。连接辅助电缆时，应确保其长度尽可能短，以减少引入的额外寄生电感。
测量时，需选择带宽足够的电流探头和示波器，以确保能准确捕捉电流波形的细节。探头在使用前必须按照说明书进行消磁（Degauss）和校准，以消除剩磁的影响，保证测量精度。
04 分流电阻法注意事项
如果选择使用分流电阻法，电阻的选择是关键。应选择低电感型的精密采样电阻，例如金属板电阻或专用的低ESL（等效串联电感）贴片电阻。
避免使用绕线电阻，其寄生电感较大，会在高频开关环境下产生严重的振荡和电压尖峰，扭曲测量波形。
电阻的阻值选择需要权衡。阻值过大会产生较大的电压降和功率损耗，影响电源效率；阻值过小则产生的检测信号太微弱，容易淹没在噪声中，难以准确测量。
布局布线同样重要。采样电阻的Kelvin检测连接（四线制测量）是必须的，这样可以消除走线电阻的影响。
SENSE+和SENSE-走线应短而直，紧密耦合，并远离高噪声的开关节点（如开关管、电感）和快速变化的电压轨，以防止噪声耦合。
05 测量与数据分析
正确的测量操作是获得可靠数据的前提。以电流探头法为例，在示波器上成功捕获到电感电流波形后，需要关注几个关键特征。
正常的电感电流波形在连续导通模式（CCM）下应呈现为锯齿波，即电流在最小值与最大值之间线性地上升和下降。
波形中任何异常的急剧上升、振铃或畸变都可能指示存在问题。例如，若观察到电流波形在峰值处出现异常的、急剧的尖峰，这往往是电感磁芯接近饱和的强烈信号。
这意味着电感器无法再储存更多的能量，其电感量下降，导致电流斜率急剧增加。
通过测量峰值电流和谷值电流，可以计算得出电流的纹波率，这对于优化电源效率和磁性元件设计至关重要。同时，将测量得的电流纹波值与理论计算值进行对比，可以验证电源环路的工作状态是否正常。
精确测量电感电流的最佳实践是使用高频电流探头配合示波器，并将探头置于电感的安静侧（输出电压侧）。
这套方案能有效规避开关噪声干扰，准确捕获电流波形细节，是诊断电感饱和、优化环路性能的黄金标准。
虽然设备投入较高，但为确保电源的可靠性与性能，这项投资对于严谨的工程师而言必不可少。
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