本帖最后由 hailing 于 2020-3-27 08:26 编辑
电感是电子元器件中重要的一类器件,大量应用于开关电源。实际应用中电感的主要参数有电感量和饱和电流。电感量是电感的基本参数,就像电阻值对电阻一样重要。电感的饱和电流决定了流过电感的电流大小。
电感量定义:
UL=L*di/dt
整理下得到L = UL*dt/di ;
UL为电感两端的电压。下面的测试计算就是基于这个原理来测试的。
关于电感的饱和电流:当电感流过的电流逐渐增大时,电感会逐渐进入饱和状态,电感量会逐渐下降,当电感完全饱和时,电感会变成一个只有线圈直流电阻的电阻。饱和电流一般定义为电感量下降了10%到30%时的电流。不同的厂家对饱和电流定义不同,比如TDK的SLF12575系列定义为电感量下降10%时的电流,而顺络的SWPA系列定位为电感量下降30%时的电流。
我们可以使用示波器来近似的测量电感的饱和电流和电感量,经过与LCR电桥的对比,电感量相差很小。饱和电流的测量结果与电感手册中的值也相差不大。电路示意图:
说明L-TEST为被测电感,最好使用短的导线焊接上电感,导线长了本身也有电感和内阻,影响测试结果。
1》先按图连接器件,使用直流稳压电源提供10V电压。拔掉J1的跳线帽,R2对C1充电到10VDC.示波器打到合适的电压档(可先打到500mVDC档,表笔X1,时间打到5us档。后面测试可以根据测试效果调整电压档和时间档)。示波器选择单次触发,可以把触发电平设置在500mV的位置。
2》快速短接J1跳线帽,短接时果断插上跳线帽,不要抖动,降低示波器被抖动波形干扰的概率。这个时候示波器应该捕捉到类似波形:
(10uH电感测试波形) 波形不明显或太大,太小等调整电压档,时间档和触发电平,让波形尽量展开。 3》可以看到上面的波形从0V开始有一个均匀上升的过程,这个斜率再乘以电感两端的电压就是电感量。按照公式L = UL*dt/di 计算电感量。像上图直接使用示波器的光标功能得到L=(10V-0.456V)*5.56us/4.56A=11.6uH
因为采样电阻上有一定的压降,电感两端的电压近似为10V-0.456V,以下会讲到电容的压降带来的影响,这里近似按照电容还是10V电压计算。 电流为采样电阻上的电压/电阻。这里是0.456V/0.1Ω=4.56A. 4》关于饱和电流的判断,可以看到在上图有一个曲线开始变陡峭的过程:这个转折点就可以近似认为是电感的饱和电流点,因为电感量下降了,电流上升变快了。极限情况电感量变为0了。这时电容C1直接被采样电阻R1短接,示波器曲线垂直X轴上升。转折点的选取根据个人对曲线什么时候开始变化来判断,从我测试的结果看,选择曲线有开始上升趋势的点就可以了,不用取在后面的明显转折处。饱和电流就是这个点的电压/采样电阻。上图的饱和电流就是0.456V/0.1Ω=4.56A.5》拔掉J1跳线帽,电容C1再次通过R2充电,充电几秒后充电完成,可以进行下一次测试。 6》关于测试时电容C1电压变化: 上图可以看到电容电压降低了0.24V。代入上面的公式,重新计算电感量为:
L=(10V-0.456V-0.24V)*5.56us/4.56A=11.3Uh.相差不大,把电容加大容量,比如2200uF电容上面的压降会更小,可以忽略电容C1上的压降。 测试3个样品:TDK的SLF12575T-220M4R,手册上电感量22uH,饱和电流4A,直流电阻26.3mΩ 顺络的SWPA8040S100MT。电感量10uH,饱和电流3.6A,直流电阻29mΩ
顺络的SWPA8040S102MT。电感量1000uH,饱和电流0.4A,直流电阻2.8Ω 测试波形: 22uH测试波形;L=(10-0.69)*15.6/6.9=21uH 10Uh测试波形;L=(10-0.456)*5.56/4.56=11.6uH 1000uH测试波形;L=(10-0.0504)*59.2/0.504=1169uH
关于饱和电流的说明: TDK的手册上 可以看到4A时上图曲线还是没明显下降的,在6A时曲线下降很明显。
关于顺络的SWPA8040系列电感: 可以看到3.6A之前曲线是直的,之后开始下降,5A以后明显下降。 结论:1》 本方案测试电感的电感量和LCR电桥的测试值差不多,饱和电流比手册上的饱和电流要大,测试得到的饱和电流基本上是手册上电流开始明显下降的值,因此饱和电流点还可以适当前移。
2》 饱和电流取样点的前移不影响电感量的计算(因为电感量是由曲线的斜率*电感两端的电压获得,斜率不变) 关键器件选型:1》C1可以取1000uF/16V以上电解电容。可以多个电容并联加大容量,这样电容的压降更小。 1》 R1需要使用低阻值,耐冲击的电阻,建议使用0.1R的电阻,2W以上。阻值大了采样电阻上的电压太大影响测试,小了示波器测量的电压小,精度差。功率小了或电阻不耐冲击测试的时候电阻会烧毁阻值不准。本实验使用0.1R/2512 /2W的贴片合金电阻。
测试实物:
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