在應(yīng)用頻率下測試電感

發(fā)布時(shí)間:2024-03-16

這樣看來,選擇電感好像幾乎不可能。好消息是,雖然所有這些因素使電感的額定電壓測試或計(jì)算很困難,它卻也沒必要測試。大多數(shù)應(yīng)用要求電感在非常小的工作電壓下工作,通常只是幾伏而已。
記住,多數(shù)電感是通過抑制電流而不是通過高壓感應(yīng)來工作的。幾乎所有商業(yè)電感在幾伏甚至幾十伏下工作都沒有問題。因此,對于大多數(shù)應(yīng)用,電感的額定電壓不是什么問題。對于高線路電壓或繞組的高壓感應(yīng)工作應(yīng)用,有必要考慮電感繞組的可能擊穿。對于這些情況,建議與電感設(shè)計(jì)人員/制造商探討特定的應(yīng)用,做出一個(gè)測試計(jì)劃以確保電感的適宜性。
電感參數(shù)
一個(gè)線圈的主要電氣參數(shù)是電感、q(效率)、直流電阻(dcr)和自諧頻率(srf)。所有主要電氣參數(shù)由設(shè)計(jì)控制,雖然不是完全地。電感和q經(jīng)常在很大程度上受所使用的測試儀表和測試頻率的影響。
q反映電感的效率,是元件儲(chǔ)存能量同損耗能量之比。q反映電感的能量儲(chǔ)存能力,它與測量頻率成正比,與相同頻率下元件產(chǎn)生的電阻(銅線和鐵芯)損耗成反比。
dcr是電感在通上直流不變的電流時(shí),電感中的銅線對電流的阻力。dcr讓我們了解因電感加入到電路而在電路中發(fā)生的插入損耗。dcr還說明僅僅是在發(fā)熱的情況下電感會(huì)消耗多少能量。當(dāng)頻率超過srf時(shí),元件的作用就不再是電感。srf由(低頻)電感和線圈的匝間有效電容的并聯(lián)組合決定。
測試設(shè)備
測試方法的適當(dāng)選取在很大程度上決定測量的準(zhǔn)確度。不同的電氣參數(shù)所使用的測試儀和測試方法不同,并且每臺(tái)儀表都有量程、頻率和誤差限。寄生效應(yīng)和測試夾具的影響是測量中不可忽視的因素。一般情況下必須對儀表、夾具、頻率和電流(如適用)進(jìn)行規(guī)定以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)和可靠的測試。阻抗分析儀一般用于測量電感元件的電感和q。一直以來也有極力使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測量q??梢杂昧阆辔环ㄔ诰W(wǎng)絡(luò)分析儀上測量srf。dcr通常用低電阻表測量。
測試儀的選擇還影響測量值。儀表的影響是因每臺(tái)設(shè)備使用不同的測量方法和頻率而造成的。部份的差異可歸因于不同的儀表,但主要是由于不同的頻率。總之,正確的儀表應(yīng)該是能夠在所要求的頻率下進(jìn)行準(zhǔn)確和可重復(fù)性測試的儀表。agilent/hp 4991a和4287a通常用于測量射頻線圈的電感。這些阻抗分析儀的頻率范圍為1 mhz~3 ghz,能夠滿足實(shí)際應(yīng)用頻率下的測量。
測定電感的傳統(tǒng)方法
幾十年來,q表是測定l和q參數(shù)值的傳統(tǒng)方法。然而,q表要求測試頻率在其振蕩器的范圍內(nèi)和調(diào)諧電容器的極限內(nèi)。同時(shí),q表測量的電感是以電容(pf)來表示的。q表也有比中頻更易于使用的特定頻率(稱為藍(lán)線),因?yàn)檎{(diào)諧電容器上的附加刻度盤能夠直讀電感。
市面上供應(yīng)的q表的精確度為3%甚至更低。q表誤差需要使用設(shè)定“標(biāo)準(zhǔn)件”(被確定為有特定和精確值的高精度元件)。校正件如同供應(yīng)商和用戶確定的有特值的標(biāo)準(zhǔn)。校正件被視為特定的標(biāo)準(zhǔn)元件,并且在每次測試時(shí)用來設(shè)置每臺(tái)儀表。校正仍然是最精確的方法,此方法誤差小,可重復(fù)性高,并且在任何頻率下都適用。然而,校正方法存在嚴(yán)重的后勤缺陷:制造商和客戶之間對校正件的制定和計(jì)量,和每次測試調(diào)試儀表的工作。其他電氣參數(shù)srf和dcr一般是根據(jù)l和q來規(guī)定的,對其使用的測試方法卻很少有說明。缺少srf和dcr的具體測試方法表明電感是主要參數(shù)并且需要謹(jǐn)慎控制。
應(yīng)用頻率測試
傳統(tǒng)測試方法的基本困難在于,線圈在一個(gè)頻率下測試,又在另一個(gè)頻率下使用。圖1和圖2顯示了傳統(tǒng)測試方法的基本問題。
電感與頻率
圖1顯示三個(gè)不同電感的電感值和頻率的對數(shù)掃描。當(dāng)這些產(chǎn)品在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率下測試時(shí),它們的電感值看起來相同。在實(shí)際的電路頻率下,這些線圈卻大不相同。這三個(gè)線圈可以代表三種不同的設(shè)計(jì)或相同設(shè)計(jì)的三個(gè)不同線圈。如果使用頻率就在三個(gè)電感聚合的點(diǎn)上,那么這些線圈是等效的。如果電路頻率與測試頻率大不相同,那么測試頻率下的電感一般不能夠表示使用頻率的電感。
即使這些線圈沒有相互偏離,電感值仍然會(huì)改變。當(dāng)設(shè)計(jì)要求一個(gè)特定的電感值,而特定線圈未能達(dá)到預(yù)期值時(shí),電感隨頻率改變而產(chǎn)生的結(jié)果就此體現(xiàn)出來。這一改變通常是夾具的不同和電路寄生效應(yīng)引起的,從而特定值也相應(yīng)的抵消。圖2顯示在測試頻率和應(yīng)用頻率下測試的另一個(gè)結(jié)果。它顯示了一特定線圈的電感精度隨頻率變化的情況。兩個(gè)頻率下的標(biāo)稱電感值及其公差都有顯示。如果該線圈在測試頻率下的公差為5%,那么在應(yīng)用頻率下的公差則可能為10%。這些公差限額隨頻率而縮小或擴(kuò)大,取決于線圈的設(shè)計(jì)。公差限額的不恒定這一事實(shí)導(dǎo)致精度隨頻率變化而失去控制。
在任何情況下,電感是隨頻率的變化而變化的,在應(yīng)用頻率下測試能較好地控制規(guī)格。在應(yīng)用頻率下測試并校正,是確定線圈應(yīng)用性能的極為有效的方法。
確定應(yīng)用頻率下的電感測試
在使用頻率下測試電感器的電氣步驟如下:
電感
1.確定標(biāo)稱電感值。
2.確定測試儀表、夾具和頻率。
3.確定電感公差。
a.用六西格瑪或其他合適的方法來確定允許的百分比公差。
b.評估測試頻率下標(biāo)稱阻抗的儀表誤差。將步驟3a中確定的允許公差減去此百分比誤差。
c.確定儀表和夾具的可重復(fù)性。將步驟3b的結(jié)果減去此百分比誤差。此結(jié)果為規(guī)定的公差。由于所有誤差都已被考慮進(jìn)去,制造商應(yīng)依規(guī)定的公差測試而無需校正。
q
1.確定絕對最小q值(允許最小值)。用六西格瑪或其他合適的方法來確定允許最小值??蛻魬?yīng)依此公差進(jìn)行測試。
2.確定測試儀表、夾具和頻率。
3.為制造確定最小q值。
a.評估測試頻率下標(biāo)稱阻抗的儀表誤差。校正步驟1中確定的允許最小值(即,將最小q值加上與儀表誤差相等的數(shù))。
b.確定儀表和夾具的可重復(fù)性。調(diào)整步驟3a中確定的新的允許最小值(即,將最小q值加上與測試可重復(fù)性相等的數(shù))。此結(jié)果為規(guī)定的公差。由于所有誤差都已被并入最終調(diào)整后的q規(guī)格中,制造商應(yīng)依規(guī)定的公差測試而無需校正。
dcr
1.確定絕對最大dcr(允許最大值)。用六西格瑪或其他合適的方法來確定允許最大值。
2.確定測試儀表和夾具。
3.為制造確定最大dcr。
a.評估標(biāo)稱電阻的儀表誤差。校正步驟1中確定的允許最大值(即,將最大dcr減去與儀表誤差相等的數(shù))。
b.確定儀表和夾具的可重復(fù)性。調(diào)整步驟3a中確定的新的允許最大值(即,將最大dcr減去與測試可重復(fù)性相等的數(shù))。此結(jié)果為規(guī)定的公差。由于所有誤差都已被并入最終調(diào)后的dcr規(guī)格中,制造商應(yīng)依規(guī)定的公差測試而無需校正。
srf
確定絕對最小srf(允許最小值)。假設(shè)在已篩選過的一批器件中有需要測試,只有電感值需要100%測試。其他參數(shù)是伴隨著電感值的,因此僅需驗(yàn)證。
校正規(guī)格
由于不同的夾具和環(huán)境因素,使用校正方法并且在使用頻率下測試能夠消除誤差,而且能夠加嚴(yán)規(guī)格。校正方法可用于電感的任何參數(shù),但最常用于電感
和q。
結(jié)語
線圈電感和q是受頻率影響的,測試方法對這些參數(shù)有更進(jìn)一步的影響。在實(shí)際電路頻率下確定和測試是控制電感參數(shù)的恰當(dāng)方法。使用頻率測試能夠確保元件與其實(shí)際應(yīng)用一致。
電感的主要參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的線圈設(shè)計(jì)函數(shù)。電感規(guī)格應(yīng)考慮元件變數(shù)和測量系統(tǒng)誤差。
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