虽然用数字万用表测量电流并不罕见,但测量随时间变化的电流需要使用示波器。大多数示波器只直接测量电压,而不是电流,但您可以使用示波器测量电流,使用两种方法之一。
测量分流电阻器两端的电压降:一些电源设计可能在设计中内置分流电阻器用于反馈。一种技术是测量这种电阻器两端的差分电压降。这些通常是低值电阻器,通常小于1欧姆。
使用电流探针测量电流:当与示波器的电压测量功能结合使用时,电流探针可以实现各种重要的功率测量,如瞬时功率、平均功率和相位。
为了确保您当前的测量尽可能准确,必须选择并正确应用合适的技术。以上两种方法各有优缺点,我们将在下面进行探讨。
如何将电流测量为分流电阻器上的电压降
如果在直流电源中设计电流感应电阻器(“分流”电阻器),这是方便的方法。
只要共模信号在探针的指定工作范围内并且电压降足够大,用有源差分探针测量感测电阻器两端的电压降将提供良好的结果。
然而,对低电平信号使用差分探针需要注意测量系统中的噪声降低。
在探头或示波器上使用低的可用探头衰减和限制带宽,以减少测量系统噪声。
此外,请记住,探针的电容和电阻将与感测电阻器并联,尽管它们的设计是为了大限度地减少对被测设备的影响,但您应该意识到它们的存在。
使用分流电阻器测量电流时的设计注意事项
引入与负载串联的感测电阻器需要仔细的设计考虑。随着电阻值的增加,每安培的电压降根据欧姆定律增加,从而提高了电流测量的质量。然而,电阻器中的功耗随着电流的平方而增加,并且必须考虑额外的电压降。此外,电阻器为电路增加了电感电抗。
别忘了,差分探针输入电容与感测电阻器并联,形成RC滤波器。
如果您确实在电路中添加了感测电阻器,请尝试将其添加到尽可能靠近接地的位置,以大限度地减少测量系统必须拒绝的电阻器两端的共模信号。而且,与高性能电流探针不同,差分电压测量的共模抑制性能往往会随着频率的变化而下降,从而降低了使用感应电阻器进行高频电流测量的精度。
示波器电流测量
如何使用电流探针测量电流
流过导体的电流会在导体周围形成电磁通量场。电流探针设计用于感应该场的强度,并将其转换为相应的电压,以便通过示波器进行测量。
这允许您使用示波器查看和分析电流波形。当与示波器的电压测量功能结合使用时,电流探针还允许您进行各种各样的功率测量。根据示波器的波形数学能力,这些测量可以包括瞬时功率、真实功率、视在功率和相位。
示波器的电流探头主要有两种类型:
交流电流探头
交流/直流电流探头。
阅读更多:如何使用示波器测量频率
变压器动作原理
这两种类型都使用变压器作用原理来感应导体中的交流电(AC)。
对于变压器动作,必须有交流电流过导体。这种交流电会导致磁通场根据电流的幅度和方向而建立和崩溃。当感应线圈被放置在这个磁场中时,变化的磁通场通过简单的变压器动作在线圈上感应出成比例的电压。该电流相关电压信号随后被调节,并且可以在示波器上显示为电流缩放波形。
电流探头的类型
简单的交流电流探针是无源器件,它只是一个按照精确规格缠绕在磁芯(如铁氧体材料)上的线圈。有些是实心环形,需要用户将导体穿过芯。分芯电流探针使用精确设计的机械系统,该系统允许在不破坏测试电路的情况下打开芯并夹紧在导体周围。Splitcore电流探针具有高灵敏度,无需电源即可工作,但机械刚性强,通常孔径小,这可能会限制其多功能性。
基于Rogowski线圈技术的交流电流探针是实心和分芯电流探针的替代品。Rogowski线圈使用空心,具有机械柔性,可以打开线圈并将其缠绕在导线或组件引线上。而且,由于核心不是磁性材料,Rogowski线圈在高电流水平下,甚至数千安培的电流下都不会磁饱和。然而,它们往往比分芯探针具有更低的灵敏度,并且它们需要有源信号调节器来集成来自线圈的信号,因此需要电源。
对于许多功率转换应用,分芯AC/DC电流探头是通用、准确和易于使用的解决方案。交流/直流电流探头使用变压器测量交流电流,使用霍尔效应装置测量直流电流。由于它们包括支持霍尔效应传感器的有源电子器件,因此AC/DC探头需要电源才能工作。该电源可以是单独的电源,也可以集成到一些示波器中。
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