Ток в катушке индуктивности: здесь описан способ измерения протекающего тока в так называемом дросселе, установленном в цепи импульсного источника питания для временного хранения энергии. Чтобы получить полное представление о схеме преобразования напряжения при исследовании этих источников питания часто бывает полезно измерять дросселя.
Как это сделать лучше всего?
Предлагаемая схема такого измерения показана на Рисунке 1 на примере типичного понижающего преобразователя. Последовательно с катушкой индуктивности вставляется небольшой отрезок вспомогательного провода. Он используется для подключения токового пробника и отображения тока катушки индуктивности на экране осциллографа.
Рисунок 1. Схема, иллюстрирующая измерение тока дросселя в импульсном источнике питания.
Выполнять измерения рекомендуется на той стороне катушки, где напряжение стабильно. В большинстве топологий импульсных регуляторов дроссельная катушка индуктивности включается таким образом, что напряжение на одной его стороне переключается между двумя крайними значениями, но остается относительно постоянным на другой стороне.
В понижающем преобразователе, показанном на Рисунке 1, напряжение коммутационного узла, то есть, с левой стороны дросселя L, переключается между уровнями входного напряжения и земли с частотой управляющих импульсов. Напряжение с правой стороны дросселя обычно относительно постоянно. Чтобы уменьшить помехи, обусловленные емкостной связью, петля измерения тока должна располагаться на «тихой» стороне L, как показано на Рисунке 1.
Рисунок 2. Практическая организация измерения тока дросселя.
Практический подход к измерению тока катушке индуктивности показан на Рисунке 2. Дроссель поднимается и наклонно припаивается к плате одним из двух контактов. Противоположный контакт присоединяется к плате с помощью вспомогательного провода. Это преобразование может быть выполнено довольно легко. Проверенным способом отсоединения дросселя является демонтаж горячим воздухом. Источник горячего воздуха с регулируемой температурой имеется во многих паяльных станциях.
Токовые пробники предлагаются производителями осциллографов. К сожалению, обычно они довольно дороги, поэтому постоянно возникает вопрос о том, можно ли измерить ток дросселя с помощью резисторного шунта. В принципе, это возможно. Однако такой способ измерения имеет недостаток, заключающийся в том, что коммутационные помехи, генерируемые в импульсном источнике питания, через шунтирующий резистор могут легко накладываться на измеряемое напряжение.
Из-за этого наблюдаемые результаты не будут адекватны истинному поведению тока элемента L, особенно в самых интересных точках, когда ток дроссельной спирали меняет направление. На Рисунке 3 показан результат измерения тока в катушке индуктивности импульсного источника питания (синий цвет), сделанного токовым пробником, совместимым с используемым осциллографом.
Рисунок 3. Синим цветом показан результат измерения тока дросселя; поведение насыщенного дросселя иллюстрируется дополнительной фиолетовой кривой.
В дополнение к результату измерения, представленному синим цветом, фиолетовым цветом показано, как выглядел бы идущий через L ток, если бы дроссель начинал чрезмерно насыщаться вблизи пиковых значений токов. Это происходит при выборе катушки, допустимый ток которого недостаточен для данного приложения.
Одна из основных причин, почему представляет интерес измерение тока в катушке индуктивности импульсного источника питания, заключается в том, что это дает возможность определить, был ли дроссель выбран правильно, или же он будет насыщаться при работе или при неисправности.
Измерение с помощью шунтирующего резистора вместо токоизмерительных клещей было бы сильно искажено наведенными помехами, особенно при пиковых токах, что затруднило бы обнаружение насыщения дросселя. Измерение тока катушки очень полезно при исследовании источника питания и может быть легко выполнено с помощью соответствующего оборудования.