堅(jian)融實業技術培(pei)訓-電感參(can)數(shu)測試(shi)方法
開關電源(yuan)以(yi)及通(tong)信(xin)業的(de)發(fa)展對電感器(qi)提(ti)出(chu)了(le)高(gao)頻特性(xing)和(he)低損(sun)耗(hao)的(de)要(yao)求,鑒(jian)於這(zhe)種(zhong)要(yao)求的(de)提(ti)出(chu),電感器(qi)的(de)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)也轉向(xiang)了更高(gao)頻率(lv)的(de)領(ling)域(yu),產生(sheng)了電感參(can)數(shu)測試(shi)方法:
描(miao)述壹個(ge)電感器(qi)有(you)幾(ji)個參(can)數(shu),zui常用的(de)測(ce)量(liang)參(can)數(shu)是(shi)電感值(L)和(he)品質因(yin)數(shu)(Q),此(ci)外(wai)直(zhi)流電阻(DCR)也(ye)是(shi)壹個(ge)很有(you)用的(de)參(can)數(shu)。
電感器(qi)是(shi)壹種(zhong)繞線(xian)式(shi)的(de)導體,是(shi)壹種(zhong)在磁(ci)場中(zhong)儲(chu)存能(neng)量的(de)器(qi)件(jian)(與(yu)此(ci)相對,電容是(shi)在(zai)電場中(zhong)儲(chu)存能(neng)量的(de)器(qi)件(jian))。電感器(qi)包括有壹個(ge)內(nei)芯(xin)以(yi)及壹組繞在內(nei)芯(xin)上(shang)的(de)繞組。由於空氣(qi)可以(yi)看(kan)作是(shi)恒(heng)定(ding)不變(bian)的(de),因(yin)此(ci)它是(shi)壹種(zhong)zui簡單(dan)的(de)內(nei)芯(xin)材(cai)料,但(dan)是(shi)從實際效率(lv)來看(kan),磁(ci)性(xing)材(cai)料如(ru)金(jin)屬(shu)鐵(tie)和(he)鐵(tie)氧(yang)體則更(geng)為(wei)常用。電感器(qi)的(de)內(nei)芯(xin)材(cai)料,內(nei)芯(xin)長(chang)度(du)和(he)繞線(xian)匝(za)數(shu)直(zhi)接(jie)影響(xiang)著電感器(qi)的(de)載流能力。
串(chuan)連(lian)方(fang)式(shi)和(he)並(bing)聯(lian)方式(shi)都(dou)可用(yong)來進行(xing)電感值的(de)測(ce)量(liang):對於大電感值的(de)情形,給定(ding)頻率(lv)下的(de)電抗(kang)相對大壹些(xie),所以(yi)並(bing)聯(lian)阻抗(kang)比串(chuan)連(lian)阻抗(kang)更(geng)為(wei)顯著(zhu),因而(er)應(ying)采用並(bing)聯(lian)等效電路(lu)來評測(ce)壹個(ge)大電感。相反(fan),對於低電感值的(de)情形,電抗(kang)值較(jiao)小,因(yin)而串(chuan)連(lian)阻抗(kang)比並(bing)聯(lian)阻抗(kang)更(geng)為(wei)明(ming)顯,這(zhe)樣(yang)串(chuan)連(lian)等效電路(lu)是(shi)壹個(ge)較好的(de)測(ce)量(liang)方(fang)式(shi)。對於非常小電感值的(de)情況(kuang),頻率(lv)越(yue)高(gao)測(ce)量精度(du)越(yue)好。
實際電感值的(de)測(ce)量(liang)
電感值的(de)大小(xiao)是(shi)任何(he)壹個(ge)線(xian)圈的(de)基本(ben)電特性(xing),它取(qu)決於線(xian)圈繞線(xian)的(de)匝(za)數(shu),線(xian)圈的(de)直(zhi)徑(jing),線(xian)圈的(de)長(chang)度(du)以(yi)及內(nei)芯(xin)的(de)特性(xing)。
從定(ding)義上(shang)來看(kan),電感值是(shi)整(zheng)個磁(ci)通(tong)鏈(lian)(∧)與流過(guo)電感或(huo)線(xian)圈電流(I)的(de)比值。磁(ci)通(tong)鏈(lian)大小(xiao)取(qu)決於媒質(內(nei)芯(xin)材(cai)料)磁(ci)導率(μ)的(de)大小(xiao),也就(jiu)是(shi)說(shuo)電感值大小(xiao)與磁(ci)導率成正比。
磁(ci)導率是(shi)描(miao)述某(mou)種材(cai)料磁(ci)場特性(xing)的(de)壹種(zhong)度(du)量(liang)參數(shu),它反(fan)映(ying)了該材(cai)料能(neng)夠(gou)被(bei)磁(ci)場穿(chuan)透(tou)的(de)程(cheng)度(du),對鐵(tie)氧(yang)體介質(zhi)而言,它不是(shi)壹個(ge)常數(shu),它隨(sui)材(cai)料的(de)組成成分和(he)磁(ci)通(tong)量(liang)密(mi)度(du)而(er)變(bian)化(hua):
材(cai)料本(ben)身不(bu)變(bian)化(hua),可是(shi)磁(ci)通(tong)量(liang)密(mi)度(du)則(ze)依流過(guo)線(xian)圈電流的(de)不(bu)同(tong)而(er)變(bian)化(hua)。
電感器(qi)的(de)內(nei)芯(xin)材(cai)料,內(nei)芯(xin)片(pian)度(du)以(yi)及繞線(xian)匝(za)數(shu)直(zhi)接(jie)影響(xiang)著感(gan)器(qi)的(de)載流能力。
品質因(yin)數(shu)
品質因(yin)數(shu)是(shi)電抗(kang)與(yu)阻抗(kang)的(de)比值,所以(yi)是(shi)壹個(ge)無量綱(gang)參數(shu),它是(shi)衡(heng)量壹個(ge)電感有(you)多(duo)'純'或有(you)多'真'的(de)參(can)量(liang)(也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo),它反(fan)映(ying)了電感器(qi)具(ju)有(you)多(duo)少(shao)比例(li)的(de)純(chun)電抗(kang))。
電感的(de)Q值越(yue)高(gao),它的(de)損(sun)耗(hao)就(jiu)越(yue)小(xiao)。耗(hao)散因數(shu)(D)定(ding)義為(wei)1/Q,它反(fan)映(ying)了元件的(de)總損(sun)耗(hao)。線(xian)圈的(de)D受(shou)到(dao)銅材(cai)料損(sun)耗(hao)、渦流損(sun)耗(hao)和(he)磁(ci)滯損(sun)耗(hao)的(de)共(gong)同(tong)影(ying)響(xiang)。
采用直(zhi)流偏置(zhi)
為(wei)了(le)能(neng)測(ce)出(chu)電感值的(de)大小(xiao),電感器(qi)必(bi)須在實際條件下進行(xing)測(ce)試,也(ye)就是(shi)說(shuo)線(xian)圈中(zhong)應(ying)有(you)電流流過(guo)。標(biao)準(zhun)的(de)LCR測(ce)量(liang)儀(yi)用的(de)是(shi)交(jiao)流源(yuan),電流較小(xiao),並(bing)不(bu)適(shi)合(he)用來測(ce)量(liang)電源(yuan)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)那(na)類(lei)大電流電感器(qi)。
實際進行(xing)電感測(ce)量(liang)時並(bing)不(bu)需(xu)要(yao)采用交流大電流源(yuan),只(zhi)需要(yao)用壹個(ge)直(zhi)流與交(jiao)流的(de)復(fu)合(he)源(yuan)就行(xing)了。直(zhi)流偏置(zhi)可以(yi)產生壹個(ge)使(shi)電感偏(pian)離(li)正(zheng)常工作(zuo)狀態(tai)的(de)測(ce)試(shi)條件,所以(yi)用普通(tong)的(de)LCR測(ce)量(liang)儀(yi)就可以(yi)進行(xing)電感測(ce)量(liang)。
直(zhi)流電阻測(ce)量
測(ce)量(liang)線(xian)圈繞線(xian)的(de)直(zhi)流電阻(DCR)或(huo)繞線(xian)電阻值可以(yi)確定(ding)繞線(xian)線(xian)徑(jing)是(shi)否(fou)合(he)適、繞線(xian)張(zhang)力的(de)大小(xiao)以(yi)及在加(jia)工(gong)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)連(lian)接(jie)方式(shi)。繞線(xian)電抗(kang)的(de)大小(xiao)與電流變(bian)化(hua)的(de)頻率(lv)成正比,這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什麽(me)要(yao)測量(liang)直(zhi)流電阻而(er)不是(shi)交(jiao)流阻抗(kang)。在(zai)低頻條件下,繞線(xian)的(de)直(zhi)流電阻就(jiu)相當(dang)於繞線(xian)的(de)銅(tong)芯(xin)損(sun)耗(hao),知道(dao)了(le)銅芯(xin)損(sun)耗(hao)的(de)多(duo)少(shao)就可以(yi)更估(gu)計(ji)出被測元件的(de)D值。
電壓變(bian)化(hua)
由於加(jia)在(zai)電感器(qi)上(shang)的(de)電壓隨(sui)阻抗(kang)而(er)變(bian)化(hua),而電感器(qi)的(de)阻抗(kang)又(you)隨(sui)著電流而變(bian)化(hua)。而壹般(ban)的(de)LCR測(ce)量(liang)儀(yi)設計用(yong)於測(ce)量(liang)容(rong)性(xing)和(he)阻性(xing)元件,當(dang)用於測(ce)量(liang)電感元件時,可能(neng)會(hui)引起電感值偏(pian)差。這(zhe)種(zhong)偏差的(de)產(chan)生(sheng)是(shi)由(you)於加(jia)在(zai)電感器(qi)上(shang)的(de)電壓不(bu)能(neng)保持恒定(ding)不變(bian)而(er)引起的(de)。采用電壓電平(ping)電路(lu)可以(yi)監(jian)測(ce)電感上(shang)電壓的(de)變(bian)化(hua),因而去(qu)連(lian)續(xu)調(tiao)節可編(bian)程(cheng)電壓源(yuan)。
恒定(ding)不變(bian)的(de)電源(yuan)
如果(guo)流過(guo)電感器(qi)的(de)電流不能(neng)保(bao)持恒定(ding)不變(bian),那(na)麽(me)被測(ce)電感器(qi)的(de)電感值也(ye)會變(bian)化(hua),變(bian)化(hua)值的(de)大小(xiao)通(tong)常是(shi)LCR測(ce)量儀(yi)開路(lu)可編(bian)程(cheng)測試(shi)電壓的(de)函(han)數(shu)。
LCR測量(liang)儀(yi)中(zhong)的(de)可編(bian)程(cheng)電壓是(shi)在(zai)開路(lu)條件下得(de)到(dao)的(de),當(dang)測(ce)量(liang)儀(yi)內(nei)阻(RS)與(yu)交流輸出(chu)串(chuan)連(lian)起來時,通(tong)過(guo)內(nei)阻後(hou)電壓會(hui)有(you)所下降(jiang)。當被(bei)測(ce)試(shi)元件連(lian)到(dao)測量(liang)儀(yi)之後,加在被(bei)測(ce)元件上(shang)的(de)電壓大小(xiao)取(qu)決於RS的(de)大小(xiao)和(he)被(bei)測器(qi)件(jian)的(de)阻抗(kang)大小(xiao)。測量(liang)儀(yi)的(de)內(nei)阻壹般(ban)在5Ω~100kΩ之間(jian)。
損(sun)耗(hao)總述
銅(tong)芯(xin)損(sun)耗(hao)在(zai)低頻條件下相當(dang)於繞線(xian)的(de)直(zhi)流電阻,它與電流變(bian)化(hua)的(de)頻率(lv)正(zheng)好成反(fan)比,采用DCR測量(liang)方法的(de)電感分(fen)析(xi)儀(yi)可以(yi)測量銅(tong)芯(xin)損(sun)耗(hao)。
鐵(tie)和(he)銅(tong)導體中(zhong)的(de)渦流損(sun)耗(hao)是(shi)因(yin)為(wei)流過(guo)銅(tong)芯(xin)中(zhong)的(de)電流轉化(hua)成熱量(liang)而形成的(de),它與頻率(lv)成正比。
磁(ci)滯損(sun)耗(hao)的(de)大小(xiao)與滯(zhi)後(hou)回(hui)線(xian)所包圍(wei)面(mian)積(ji)的(de)大小(xiao)成正比,與(yu)該(gai)回(hui)路(lu)被(bei)橫截(jie)的(de)次(ci)數(shu)(頻率(lv))也(ye)成正比。它隨(sui)信(xin)號幅(fu)值而(er)變(bian)化(hua)(並(bing)不(bu)直(zhi)接(jie)相關),隨(sui)頻率(lv)增(zeng)加(jia)而增(zeng)加。但(dan)是(shi)與(yu)信(xin)號幅(fu)值的(de)數(shu)值關系並(bing)不(bu)很顯著(zhu),已知某(mou)個(ge)信(xin)號電平(ping)並(bing)不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)得到(dao)損(sun)耗(hao)大小(xiao)。