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本系列博客诞生于SIJ编辑顾问委员会(EAB)成员Steve Sandler的一个想法,它对任何想要记录(吹嘘或抱怨)极端测量挑战的工程师开放。如果您有一个极端的测量,并希望向SIJ EAB寻求帮助,您可以这样做在这里提问.但首先,看看下面的帖子,看看其他人都在做什么!

信号的完整性

如何测量直流偏置下的巨大电感?

2022年5月19日,

大多数DC/DC变换器和开关稳压器使用滤波器电感。我们看到的电感范围从约100 nH到几十个微亨利(uH)。这些电感在直流电流通过的情况下工作,所以通常用直流偏置来测量电感。我们生产了两个偏置单元来支持这些测量,一个可提供高达5安培和125安培的偏置,另一个可提供高达20安培和几百安培的偏置。我最近被问到如何测量一个25 mH电感直流偏压。这远远超出了我们设备的动态测量范围。没有直流偏差,这个测量很简单,我们不需要任何特殊的东西来做它,所以限制实际上是直流偏差。

有精密分析仪可以做到这一点,我想到了韦恩·科尔。然而,如果您不定期进行这些测量,分析仪的价格标签可能会令人望而却步。但也许你现在就需要测量;这是可以做到的,我是这样做的。

使这变得困难的是电感是通过施加调制频率的交流电压和交流电压除以交流电流来测量的。交流电流非常小,由于电感值非常高。直流偏差要大得多,因此有两个问题需要处理。一种是我们需要感知非常小的电流,这就需要非常低噪声的电流探头。二是直流电流到交流电流的动态范围大。当应用偏置时,即使是最好的频率响应分析仪(FRA)/矢量网络分析仪(VNA)也会受到这两个问题的影响。

测量分为两部分。在第一部分中,我们在我们知道可以精确测量的范围内测量一个参考电感。对于这个例子,我使用了一个100uh的电感器,由我在Standex Electronics的朋友制作。这个电感器是缠绕在Magnetics公司。Edge®核心实现最平坦的电感vs.直流偏置特性。参考电感必须提供一个稳定的电感值,在较大的电感器(DUT)的目标直流偏置电流下没有显著的直流偏置下垂。

用J2121A测量了参考电感的直流偏置这篇文章.阻抗,测量0.1安培和20安培,如图所示图1,确认电感稳定到20安培。这远远高于DUT的工作电流。测量在25欧姆以上开始产生噪声,这是由于J2121A测量的动态范围,特别是内部霍尔效应电流监视器。使用外部无源电流探头可以获得更大的动态范围。这也是为什么我们不能直接用这种方法测量大值电感的原因。

在测量未知部件之前测量已知部件,以验证设置和测试方法是非常必要的。已知部分需要与我们的DUT大小相同或相似,以提供合理的验证。斯坦德克斯电子公司生产一系列高电感pot-cores.我会用他们的rl - 7300 - 5 - 27日一个27 mH电感,以验证我们的测量设置。这非常接近于客户测量,并允许我在保护客户专有数据的同时共享此方法。

一旦我们有了参考电感的值,我们可以在参考工作电流范围内的所有未来测量中使用这个值,或至少20安培这个电感。


图1。参考电感提供稳定的100 uH,在0.1安培到20安培之间没有明显的下垂。由于动态范围很大程度上由内部霍尔效应电流监测器建立,测量在25欧姆以上开始产生噪声。

现在,诀窍就在这里。我们可以精确地测量参考电感,并知道它的值。我们不测量电感,而是测量电压比。大多数fra,包括我在这里使用的Bode 100,具有很大的电压比动态范围。

使用分压器底部的参考电感和分压器顶部的待测样品创建一个电压分压器,如图所示图2.分压器可以使用J2121A进行直流偏置和调制。我们测量的不是电感,而是注入信号与抽头的电压比。

数字2.J2121A通过参考电感和DUT提供直流偏置电流和信号调制。使用FRA测量注入/抽头电压比。

计算分压比并求解DUT,得到

数字3.参考电感连接到27mh罐芯电感和J2121A进行偏置。

测量这个电路的结果在各种直流偏置电流的分接电压图4

数字4.测量的电压比在100毫安时为264,在500毫安时下降了几个百分点,然后迅速下降到500毫安以上。在测量中还保留了约174 kHz的谐振频率。

将参考电感和测量比进行转换,得到DUT的电感,它非常接近已知值27 mH。从伯德分析仪套件3.25版本开始,可以在伯德100内部执行此方程:e1 - 2510. jpg

数字5电感与直流偏置由测量数据绘制。

使用一个已知的稳定参考电感作为分压器的底部元件,FRA可以在添加直流偏置的情况下测量非常大的电感值,并保持自谐振频率。

数字6电感测量使用无直流偏置的B-WIC阻抗适配器。电感测量27.4 mH和SRF为171 kHz。这是一种校准良好的传统测量方法。唯一的缺点是它不能在直流偏压下使用。

这种测量对用于测量的两个电压探头的阻抗和补偿非常敏感。一个很好的提示是测量电感,没有直流偏差,使用传统的方法。使用B-WIC阻抗适配器测量我们的27 mH电感如图6所示。然后,如果必要的话,偏置测量可以缩放,以匹配低电流下的这个值。


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