电流探头测量实例和使用技巧

  浏览量2024-04-18 作者: 行业新闻

  选择1X档时,信号是没经衰减进入示波器的。而选择10X档时,信号是经过衰减到1/10再到示波器的。选择10X档时,应该将示波器上的读数也扩大10倍,这就需要在示波器端可选择X10档,以配合探头使用,否则读数会相差10倍。

  当我们要测量较高电压时,就可以先利用探头的10X档功能,将较高电压衰减后进入示波器。另外,10X档的输入阻抗比1X档要高得多,所以在测试驱动能力较弱的信号波形时,把探头打到X10档可更好的测量。

  电流探头的应用十分广泛,其基础原理是流经导线的电流会在周围产生磁场,电流探头把磁场转化成相应的电压信号,通过和示波器配合,观察对应的电流波形。大范围的应用于开关电源、马达驱动器、电子整流计、LED 照明、新能源等领域。本文将讲述常见的电流探头的分类、原理、重要技术指标,并通过实例分析了解探头之间的差别,让大家能对探头有个基本的了解。文末有示波器电流探头的简单介绍,如需选型可直接拉至文末或直接线上咨询。

  目前示波器上的电流探头基本分成两类:即AC 电流探头和AC/DC 电流探头,AC 电流探头常见的是无源探头,成本低,但不能处理直流分量;AC/DC 电流探头通常是有源探头,分为低频探头和高频探头,低频探头常见的带宽在几百KHZ 以下,高频探头带宽一般在几MHZ 以上。

  精度:是指电流到电压转换的精度。拿 AC/DC 电流嵌为例,一般开环系统的精度比较差一点,典型值在 3%左右;闭环系统的精度比较高,典型值在 1%左右。我们的高频电流探头的精度就是1%。

  带宽:所有探头都有带宽。探头的带宽是指探头响应导致输出幅度下降到70.7%(-3 DB)的频率,如图5 所示。在选择示波器和示波器探头时,要认识到带宽在许多方面影响着测量精度。在幅度测量中,随着正弦波频率接近带宽极限,正弦波的幅度会变得日益衰减。在带宽极限上,正弦波的幅度会作为实际幅度的70.7% 做测量。因此,为实现大的幅度测量精度,必需选择带宽比计划测量的高频率波形高几倍的示波器和探头。这同样适用于测量波形上升时间和下降时间。

  波形转换沿(如脉冲和方形波边沿)是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成分发生衰减,导致显示的转换慢于实际转换速度。为精准地测量上升时间和下降时间,使用的测量系统必需使用拥有充足的带宽,能保持构成波形上升时间和下降时间的高频率成份。常见的情况下,使用测量系统的上升时间时,系统的上升时间一般应该比要测量的上升时间快4-5 倍。在开关电源领域,一般几十MHZ 的带宽就基本够用了。我们的高频电流探头带宽范围为5MHZ-100MHZ。

  图5 带宽是正弦波的幅度下降70.7% (-3DB) 的响应曲线 插入损耗

  插入损耗:插入阻抗是从电流探头的线圈(二级)转换到被测的携带电流的导线中的阻抗。一般来说,电流探头反射的阻抗值可以位于毫欧范围内,对阻抗为25 欧姆及以上的电路影响不大。

  电流探头指标应包括幅度与频率额定值下降关系曲线,这一曲线把磁芯饱和与提高的频率关联起来。频率增加对磁芯饱和的影响在于,当波形频率或幅度增加时,平均电流为零安培的波形幅度峰值会被削掉。

  大额定输入电流:是指电流探头可接受、同时仍能实现规定性能的总电流(DC 加峰值AC)。在AC 电流测量中,必须根据频率降低峰到峰额定值,以计算大总输入电流。

  额定大峰值脉冲电流:被测电流不应超过这一额定值,它考虑了磁芯饱和及可能损坏设备的次级电压积累。大额定峰值脉冲电流通常规定为安培秒乘积。

  上面讲了低频嵌和高频嵌的原理区别,现在来对比一下实测效果,低频嵌选择 CP8100L(100A/100KHZ),高频嵌选择 CP8030B(30A/40MHZ)。

  图6 电流嵌测量电源线高低频捕捉电源线上的电流波形从以上图片分析,电流的大小为1 .95A 左右(因为探头所在量程电流传输比为0.1V/A,由于实测值为195MV,经计算为1 .95A),频率为50HZ,两款探头实测非接近,也就是在测低频信号时,看不出差别,都能够准确的捕捉到电流波形。

  图9 黄色为高频嵌(CP8030B)所测波形,红色为低频嵌(CP8100L)实测波形

  在捕捉60KHZ 左右的开关电流波形时,从图10 看到,电流波形的上升时间达到35NS 左右,普通的低频嵌CP8100L,带宽100KHZ,上升时间3.5US,远远不足以满足要求;高频电流嵌CP8030B,带宽40MHZ,上升时间8.75NS,满足实际测量要求。

  3.2高频电流探头在开关电源中的应用(CP8030B 和TCP0030 实测对比)

  开关电源的开关频率能达到100KHZ,当然还有更高的,瞬间的上升速度达到NS 级别,如果使用低频电流嵌(US 级别,如本公司的CP8100L,泰克的A622),根本无法准确捕捉波形,必须使用高频直交流电流探头。下面以本公司250W 的ATX 不间断正激电源模块为例,测试系统如图,本公司CP8030B(40MHZ/30A)和泰克的TCP0030(120MHZ/30A)

  高频直交流电流探头广泛应用于开关电源领域里,从实测波形分析,虽然驱动频率只有100KHZ左右,但是瞬间的上升时间通常能够达到几十个NS级别。普通低频探头带宽显然远远不够。本公司的CP3000,4000,8000A系列都属于DC/AC 高频电流探头系列,通过与泰克的对比实测结果分析,误差非常小,完全实现用户应用要求。本公司的CPA3000,4000 放大器可以完全兼容泰克对应的探头系列,方便客户的选择。

上一篇: 【48812】虹科云讲堂 10月28日虹科携手Matrikon为您带来免费直播课程!

下一篇:柔性电子行业现状及市场预测 柔性电子产业规模将在2028年达到3010亿美元