Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Rzadko zadawane pytania: jak zmierzyć prąd cewki w zasilaczu impulsowym

ghost666 15 Lis 2019 11:57 1809 9
  • Rzadko zadawane pytania: jak zmierzyć prąd cewki w zasilaczu impulsowym
    Pytanie: Jak mierzyć prąd cewki indukcyjnej w przetwornicy impulsowej?

    Odpowiedź: Zasilacze impulsowe zwykle wykorzystują cewki indukcyjne do tymczasowego magazynowania energii w obwodzie. Przy ocenie tych zasilaczy często przydatny jest pomiar prądu cewki indukcyjnej w celu uzyskania pełnego obrazu działania obwodu przetwarzania napięcia. Jednakże pomiar tej wartości nie jest taki oczywisty.

    Na rysunku 1 zaprezentowano sugerowaną konfigurację tego rodzaju pomiaru na przykładzie typowej przetwornicy obniżającej napięcie (topologia buck). Mały kabel pomocniczy jest podłączony szeregowo wraz z cewką. Służy on do podłączenia sondy prądowej i pomiaru prądu induktora za pomocą np. oscyloskopu. Zaleca się dokonywanie pomiarów po stronie cewki indukcyjnej, gdzie napięcie jest stabilne. Większość topologii stabilizatorów impulsowych wykorzystuje cewkę w taki sposób, że napięcie z jednej strony jest przełączane między dwiema skrajnymi wartościami, ale pozostaje względnie stabilne z drugiej strony. W przypadku konwertera typu buck, pokazanego na rysunku 1 napięcie na węźle przełączającym, to znaczy po lewej stronie cewki indukcyjnej L, przełącza się między napięciem wejściowym a napięciem masy. Po prawej stronie induktora z kolei znajduje się napięcie wyjściowe, które zwykle jest względnie stałe.

    Aby zmniejszyć zakłócenia wywołane sprzężeniem pojemnościowym (sprzężeniem pola elektrycznego), pętlę do pomiaru prądu należy umieścić po spokojnej stronie cewki indukcyjnej, jak pokazano na [/b]rysunku 1[/b].

    Rzadko zadawane pytania: jak zmierzyć prąd cewki w zasilaczu impulsowym
    Rys.1. Schemat ilustrujący pomiar prądu cewki indukcyjnej w zasilaczu impulsowym.


    Rysunek 2 prezentuje praktyczną konfigurację tego rodzaju pomiaru. Cewka jest lekko unoszona nad laminatem, a do jednego z pinów tego elementu, podniesionego nad padem na PCB lutujemy fragment przewodu, którego drugi koniec podłączamy do pola lutowniczego na SMD. Taką zmianę można wprowadzić samodzielnie bardzo łatwo. Rozlutowanie gorącym powietrzem jest sprawdzoną metodą odlutowania cewki. Wiele stacji lutowniczych posiada tego rodzaju lutownicę (na gorące powietrze) o regulowanej temperaturze. Przylutowany drucik posłuży nam za miejsce podłączenia sondy oscyloskopowej.

    Rzadko zadawane pytania: jak zmierzyć prąd cewki w zasilaczu impulsowym
    Rys.2. Realna konfiguracja do pomiaru prądu cewki.


    Sondy prądowe są oferowane przez niemalże wszystkich producentów oscyloskopów. Niestety są one zwykle dość drogie - dlatego ciągle pojawia się pytanie, czy prąd cewki indukcyjnej można również zmierzyć za pomocą dodania rezystora bocznikowego do układu. Jest to w zasadzie możliwe. Jednak ten sposób pomiaru ma tę wadę, że szum przełączania generowany w zasilaczu impulsowym, może łatwo wnikać w mierzony sygnał, gdy mierzymy go poprzez pomiar napięcia na rezystorze bocznikowym. Oznacza to, że - szczególnie w najbardziej interesujących elektroników punktach, gdy prąd cewki indukcyjnej zmienia kierunek – wyniki pomiaru nie będą realną reprezentacją zachowania prądu płynącego w cewce.

    Rzadko zadawane pytania: jak zmierzyć prąd cewki w zasilaczu impulsowym
    Rys.3. Oscylogram pokazujący prąd cewki w układzie (linia niebieska) i zachowanie cewki w stanie nasycenia (linia fioletowa).


    rysunek 3 prezentuje oscylogram prądu, płynącego przez cewkę przetwornika impulsowego. Oscylogram zebrany został dokładnie tak, jak opisano powyżej. Za pomocą sondy prądowe zebrano sygnał z dolutowanego kabelka.

    Linią niebieską pokazano typowy przebieg prądu na cewce przetwornika impulsowego. Z kolei fragment zaznaczony kolorem fioletowym, przedstawia przebieg w sytuacji, gdy rdzeń cewki zostaje wysycony z uwagi na zbyt wysoki prąd płynący przez uzwojenie lub dobór cewki o zbyt niskim prądzie nasycenia.

    Jak widać, łatwo jest zidentyfikować niepoprawną pracę przetwornicy lub zły dobór elementów, dzięki wykorzystaniu sondy prądowej do pomiaru prądu płynącego przez uzwojenie cewki w przetwornicy impulsowej. Dzięki takiemu pomiarowi można dokładnie zaobserwować wszelkie anomalie, co np. w przypadku pomiaru z wykorzystaniem opornika bocznikowego nie byłoby możliwe.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-170.html

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9436 postów o ocenie 7364, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • IGE-XAO
  • #2
    PiotrPitucha
    Poziom 33  
    Witam
    Bardzo ciekawy problem, to nie jest prosta sprawa co sobie uświadomiłem po zdjęciu. Mamy coraz bardziej sprawne przetwornice i coraz większe częstotliwości kluczowania, w moich płytkach mam układy z kluczowaniem 1,2MHz o ile pamiętam. Włączenie w szereg z cewką pętli pomiarowej o tych gabarytach spowoduje że jej indukcyjność i rezystancja może być większa od oryginalnego dławika. Wszystkie założenia co do pracy układu zmienią się diametralnie co możemy sprawdzić mierząc pobory prądu i sprawność.
    Pozdrawiam
  • #3
    zgierzman
    Poziom 22  
    Hmmm, artykuł skierowany raczej do zamożnych profesjonalistów. Sondy prądowe z odpowiednim pasmem są upiornie drogie:
    ok 3500 PLN netto za 300kHz
    https://rigol.com.pl/pl/p/Rigol-RP1001C/106
    i 7000 PLN netto za 1 MHz
    https://rigol.com.pl/pl/p/Rigol-RP1002C/107

    dostępne dla hobbysty sondy po 45$ od Hanteka mają pasmo 20 kHz
    https://www.gotronik.pl/przystawka-cegowa-cc-...a-produkcji-hantek-ze-zlaczem-bnc-p-1168.html
    45$ u Chińczyka, w PL jak widać drożej...

    Czyli trzeba wydać kilka ładnych tysięcy, żeby mierzyć niezbyt zaawansowane przetwornice, a jeśli chodzi o nowsze, to

    PiotrPitucha napisał:
    Włączenie w szereg z cewką pętli pomiarowej o tych gabarytach spowoduje że jej indukcyjność i rezystancja może być większa od oryginalnego dławika.


    może jest przesadą, ale na pewno wpłynie na pomiar.

    A 1MHz to żaden wyczyn w tej chwili, tylko w TME jest dostępnych 135 przetwornic (układów scalonych) pracujących powyżej 1MHz...
  • IGE-XAO
  • #4
    tplewa
    Poziom 38  
    @zgierzman

    Jeśli chodzi o sondę to nie jest to aż tak wielki problem. Są firmy gdzie można wypożyczyć sobie dowolny sprzęt pomiarowy za całkiem przystępne ceny.
  • #5
    mkpl
    Poziom 37  
    Wystarczy kawałek rdzenia z nawiniętym uzwojeniem zwartym niską rezystancją. Taka sonda pracuje dobrze od kilkunastu do kilku MHz. Alternatywnie można użyć rezystora w szereg i mierzyć względem spokojnego potencjału (np + kondensatora wyjściowego).

    W praktyce używam sond opartych o przekładniki LEMM a do bardziej skomplikowanych zabaw sondy prądowej Tektronix. Która też ma spore ograniczenia 10MHz i max 25Ap. Przekładnik LEM robi 3MHz (-3dB) z prądami 100Ap.
  • #6
    OldSkull
    Poziom 27  
    zgierzman napisał:
    Hmmm, artykuł skierowany raczej do zamożnych profesjonalistów. Sondy prądowe z odpowiednim pasmem są upiornie drogie:
    ok 3500 PLN netto za 300kHz
    https://rigol.com.pl/pl/p/Rigol-RP1001C/106
    i 7000 PLN netto za 1 MHz
    https://rigol.com.pl/pl/p/Rigol-RP1002C/107

    Co gorsza tymi cęgami za wiele nie zmierzysz. Jeśli bazowa częstotliwość wynosi powedzmy 500kHz, to sondą 10MHz żadnych szpilek wynikajacych z nasycenia nie zmierzysz, a możesz nawet nie wykryć. Wiem, bo się na tym nacięliśmy.
    Tektronix ma fajną sondę, 120MHz, ale jest masakycznie droga i do tego trzeba mieć jeden z ich (co najmniej średnia półka jak na nich) oscyloskopów lub drogą przystawkę. Ale robi robotę.
    Niestety pomiar na rezystorze ma tę wadę, że dodajemy pojemność względem PE (mniejszą jeśli uzyjemy izolacja przy zasilaniu oscyloskopu). Aczkolwiek jeśli to jest zwykły zasilacz to nie ma znaczenia i faktycznie najlepiej czasami jest rozciąć ścieżkę i wlutować w nią jakieś 50mOhm.
  • #7
    czareqpl
    Poziom 29  
    Moim zdaniem najbardziej elastycznym zestawem narzędzi byłby jednak rezystor pomiarowy o małej indukcyjności np z rodziny ERJD o szerokich terminalach plus oscyloskop z izolowaną sondą i szerokim pasmem.


    https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/RDN0000/RDN0000C331.pdf
  • #8
    zgierzman
    Poziom 22  
    OldSkull napisał:
    Co gorsza tymi cęgami za wiele nie zmierzysz. Jeśli bazowa częstotliwość wynosi powedzmy 500kHz, to sondą 10MHz żadnych szpilek wynikajacych z nasycenia nie zmierzysz, a możesz nawet nie wykryć. Wiem, bo się na tym nacięliśmy.
    Tektronix ma fajną sondę, 120MHz, ale jest masakycznie droga i do tego trzeba mieć jeden z ich (co najmniej średnia półka jak na nich) oscyloskopów lub drogą przystawkę. Ale robi robotę.


    Sprawdziłem, że Rigol też ma 100MHz, ale kosztuje 20 kPLN (słownie: dwadzieścia tysięcy złotych) netto.
    https://rigol.com.pl/pl/p/Rigol-RP1004C/109
    Do pracy potrzebuje zasilacza, dostępny za jedyne 6 tysięcy netto
    https://rigol.com.pl/pl/p/Rigol-RP1000P/111

    Masakra. Nawet nie szukam ile kosztuje Tektronix. ;-)
  • #9
    emil
    Poziom 15  
    Mój sposób na pomiar prądu cewki przetwornicy to zmierzenie mili omomierzem rezystancji cewki, podłączyć oscyloskop równolegle do cewki, zmierzyć napięcie szczytowe cewki, przeliczyć wartość natężenia używając wzoru U= I * R. W ten sposób wyliczymy szczytowe natężenie prądu cewki. Tą metodę stosuję rzadziej, a częściej wstawiam szeregowo, za cewką, rezystor o wartość 1 lub 0.1 lub 0.01 ohm - w zależności od spodziewanego natężenia prądu - podłączam kabelki oscyloskopu równolegle do rezystora, mierzę napięcie szczytowe przebiegu oscyloskopu i obliczam natężenie prądu szczytowego cewki. Obecnie sporo cyfrowych oscyloskopów posiada funkcję RMS więc obliczenie natężenia RMS prądu cewki jest bardzo proste.
  • #10
    OldSkull
    Poziom 27  
    emil napisał:
    Mój sposób na pomiar prądu cewki przetwornicy to zmierzenie mili omomierzem rezystancji cewki, podłączyć oscyloskop równolegle do cewki, zmierzyć napięcie szczytowe cewki, przeliczyć wartość natężenia używając wzoru U= I * R. W ten sposób wyliczymy szczytowe natężenie prądu cewki.

    Przecież to jest bez sensu i z definicji błędne. Pomijasz zupełnie L*di/dt. Zresztą popatrz: Masz najprostszą przetwornicę typu Buck 24->5V. Przy załączeniu układu napięcie szczytowe będzie wynosić 24V, po ustabilizowaniu wyniesie 19V.