堅(jiān)融實(shí)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)-電感參數(shù)測(cè)試方法
開關(guān)電源以及通信業(yè)的發(fā)展對(duì)電感器提出了高頻特性和低損耗的要求,鑒于這種要求的提出,電感器的測(cè)試過程也轉(zhuǎn)向了更高頻率的領(lǐng)域,產(chǎn)生了電感參數(shù)測(cè)試方法:
描述一個(gè)電感器有幾個(gè)參數(shù),zui常用的測(cè)量參數(shù)是電感值(L)和品質(zhì)因數(shù)(Q),此外直流電阻(DCR)也是一個(gè)很有用的參數(shù)。
電感器是一種繞線式的導(dǎo)體,是一種在磁場(chǎng)中儲(chǔ)存能量的器件(與此相對(duì),電容是在電場(chǎng)中儲(chǔ)存能量的器件)。電感器包括有一個(gè)內(nèi)芯以及一組繞在內(nèi)芯上的繞組。由于空氣可以看作是恒定不變的,因此它是一種zui簡單的內(nèi)芯材料,但是從實(shí)際效率來看,磁性材料如金屬鐵和鐵氧體則更為常用。電感器的內(nèi)芯材料,內(nèi)芯長度和繞線匝數(shù)直接影響著電感器的載流能力。
串連方式和并聯(lián)方式都可用來進(jìn)行電感值的測(cè)量:對(duì)于大電感值的情形,給定頻率下的電抗相對(duì)大一些,所以并聯(lián)阻抗比串連阻抗更為顯著,因而應(yīng)采用并聯(lián)等效電路來評(píng)測(cè)一個(gè)大電感。相反,對(duì)于低電感值的情形,電抗值較小,因而串連阻抗比并聯(lián)阻抗更為明顯,這樣串連等效電路是一個(gè)較好的測(cè)量方式。對(duì)于非常小電感值的情況,頻率越高測(cè)量精度越好。
實(shí)際電感值的測(cè)量
電感值的大小是任何一個(gè)線圈的基本電特性,它取決于線圈繞線的匝數(shù),線圈的直徑,線圈的長度以及內(nèi)芯的特性。
從定義上來看,電感值是整個(gè)磁通鏈(∧)與流過電感或線圈電流(I)的比值。磁通鏈大小取決于媒質(zhì)(內(nèi)芯材料)磁導(dǎo)率(μ)的大小,也就是說電感值大小與磁導(dǎo)率成正比。
磁導(dǎo)率是描述某種材料磁場(chǎng)特性的一種度量參數(shù),它反映了該材料能夠被磁場(chǎng)穿透的程度,對(duì)鐵氧體介質(zhì)而言,它不是一個(gè)常數(shù),它隨材料的組成成分和磁通量密度而變化:
材料本身不變化,可是磁通量密度則依流過線圈電流的不同而變化。
電感器的內(nèi)芯材料,內(nèi)芯片度以及繞線匝數(shù)直接影響著感器的載流能力。
品質(zhì)因數(shù)
品質(zhì)因數(shù)是電抗與阻抗的比值,所以是一個(gè)無量綱參數(shù),它是衡量一個(gè)電感有多'純'或有多'真'的參量(也就是說,它反映了電感器具有多少比例的純電抗)。
電感的Q值越高,它的損耗就越小。耗散因數(shù)(D)定義為1/Q,它反映了元件的總損耗。線圈的D受到銅材料損耗、渦流損耗和磁滯損耗的共同影響。
采用直流偏置
為了能測(cè)出電感值的大小,電感器必須在實(shí)際條件下進(jìn)行測(cè)試,也就是說線圈中應(yīng)有電流流過。標(biāo)準(zhǔn)的LCR測(cè)量儀用的是交流源,電流較小,并不適合用來測(cè)量電源中使用的那類大電流電感器。
實(shí)際進(jìn)行電感測(cè)量時(shí)并不需要采用交流大電流源,只需要用一個(gè)直流與交流的復(fù)合源就行了。直流偏置可以產(chǎn)生一個(gè)使電感偏離正常工作狀態(tài)的測(cè)試條件,所以用普通的LCR測(cè)量儀就可以進(jìn)行電感測(cè)量。
直流電阻測(cè)量
測(cè)量線圈繞線的直流電阻(DCR)或繞線電阻值可以確定繞線線徑是否合適、繞線張力的大小以及在加工生產(chǎn)過程的連接方式。繞線電抗的大小與電流變化的頻率成正比,這就是為什么要測(cè)量直流電阻而不是交流阻抗。在低頻條件下,繞線的直流電阻就相當(dāng)于繞線的銅芯損耗,知道了銅芯損耗的多少就可以更估計(jì)出被測(cè)元件的D值。
電壓變化
由于加在電感器上的電壓隨阻抗而變化,而電感器的阻抗又隨著電流而變化。而一般的LCR測(cè)量儀設(shè)計(jì)用于測(cè)量容性和阻性元件,當(dāng)用于測(cè)量電感元件時(shí),可能會(huì)引起電感值偏差。這種偏差的產(chǎn)生是由于加在電感器上的電壓不能保持恒定不變而引起的。采用電壓電平電路可以監(jiān)測(cè)電感上電壓的變化,因而去連續(xù)調(diào)節(jié)可編程電壓源。
恒定不變的電源
如果流過電感器的電流不能保持恒定不變,那么被測(cè)電感器的電感值也會(huì)變化,變化值的大小通常是LCR測(cè)量儀開路可編程測(cè)試電壓的函數(shù)。
LCR測(cè)量儀中的可編程電壓是在開路條件下得到的,當(dāng)測(cè)量儀內(nèi)阻(RS)與交流輸出串連起來時(shí),通過內(nèi)阻后電壓會(huì)有所下降。當(dāng)被測(cè)試元件連到測(cè)量儀之后,加在被測(cè)元件上的電壓大小取決于RS的大小和被測(cè)器件的阻抗大小。測(cè)量儀的內(nèi)阻一般在5Ω~100kΩ之間。
損耗總述
銅芯損耗在低頻條件下相當(dāng)于繞線的直流電阻,它與電流變化的頻率正好成反比,采用DCR測(cè)量方法的電感分析儀可以測(cè)量銅芯損耗。
鐵和銅導(dǎo)體中的渦流損耗是因?yàn)榱鬟^銅芯中的電流轉(zhuǎn)化成熱量而形成的,它與頻率成正比。
磁滯損耗的大小與滯后回線所包圍面積的大小成正比,與該回路被橫截的次數(shù)(頻率)也成正比。它隨信號(hào)幅值而變化(并不直接相關(guān)),隨頻率增加而增加。但是與信號(hào)幅值的數(shù)值關(guān)系并不很顯著,已知某個(gè)信號(hào)電平并不能直接得到損耗大小。