功率扼流圈测试仪DPG10系列的脉冲测量方法比其他电感测量方法具有优势。它可用于从小型 PCB 安装电感器到重达数吨的电感器。借助新的测试
适配器，与 LCR 表相比，现在可以更轻松、更真实地测试低至 50 nH、电流高达数百 A 的 SMD 电感器。
PCB 安装的 SMD 和 THD 电感器通常仍然在数据表中指定，并在 mV 和 μA 范围内（LCR 表）对正弦电压和电流进行小信号测量。这些测量电压叠加在直流电上，以表征电感的饱和行为。相比之下，功率扼流圈测试仪 DPG10 系列的脉冲方法具有显着的优势，因为它使用与应用相关的电压曲线形状（方波）和幅度（几 V 到几百 V）。
本文介绍并比较了这两种测量方法。解释了测量小电感值 (< 1 μH) 时出现的问题，并介绍了适用于低至 50 nH 的 SMD 电感器的新型测试适配器。
图 1. 图片由Bodo's Power Systems提供 [PDF]
功率扼流圈测试仪DPG10/20系列的脉冲测量原理
DPG10 系列的脉冲测量原理采用单个方波电压脉冲。幅度可以在 < 10 V 至 400 V 的宽范围内设置。应选择大约与实际应用中电感器上的电压相对应的幅度。
图 2. 功率扼流圈测试仪 DPG10 的测试脉冲 CH3：5V/p CH4：20A/p 时基：2μs/p。图片由博多电力系统提供.
这导致测试样本中出现斜坡形电流曲线。然后，考虑欧姆电阻 R，可以根据转换速率 di/dt 计算与电流相关的差分电感 L diff (i) 和其他几个变量。
当达到预设电流或预设脉冲持续时间时，测量脉冲再次关闭。
根据测试样品上的电流 i(t) 和电压 v(t) 的曲线，可以使用单个测试脉冲计算以下变量：
微分电感 L diff (i) 和 L diff (∫Udt)
幅值电感 L amp (i) 和 L amp (∫Udt)
链接通量 ψ(i)
磁共能 W co (i)
磁通密度 B(i)，如果磁芯横截面和匝数已知
所有磁芯材料的行为或多或少取决于频率和振幅。由于测试脉冲具有与大多数电力
电子应用中相同的矩形曲线形状以及与实际应用中相同的幅度和频率或脉冲宽度，因此可以获得真实的测量结果。另一方面，LCR 表的小信号测量基于的测量信号通常与实际情况不匹配。在这些情况下，结果意义不大。
图 3. 差分电感 Ldiff(i) 示意图。图片由博多电力系统提供 [PDF]
脉冲电压源从充电至所需测量电压的
电容器组获取脉冲能量。其能量含量通常明显高于脉冲期间吸收的能量。测试脉冲的电压则大致恒定，尽管这不是必要条件。由于原理原因，无论测试样品的类型如何，电容器组的电容都没有上限。这就是功率扼流圈测试仪 DPG10/20 系列应用范围极其广泛的原因之一，几乎适用于所有电感功率元件，从小型 PCB 安装电感器到 MVA 范围内重达数吨的电感器。
DPG10/20测量原理的优点
应用范围极其广泛
非常宽的电流范围，从 10 mA 到 10 kA
脉冲能量范围为几 μJ 至 15 kJ
适用于 1 MHz 至 < 0.5 Hz 的所有磁芯材料
尽管测试电流非常高，但体积小、重量轻且相对便宜
使用非常方便，几秒钟内即可得出测量结果
对测试样本没有热影响
应用实例
用于
开关模式电源、DC/DC 转换器等的存储扼流圈
UPS、逆变器等的滤波扼流圈
PFC等电源扼流圈、换流电感器
抑制扼流圈和电流补偿扼流圈
电磁铁
线圈、阀门执行器等
用于反激式转换器的变压器
其他变压器、电机
许多其他感应功率元件
直流偏置LCR表的小信号测量原理
LCR 表使用正弦电压和电流，可选频率在 mV 至 μV 和 mA 至 μA 范围内，叠加在可调直流电上。然后可以根据通过测试样本的电压和电流的幅度和相位角计算电感、电阻和Q 因子。
图 4. LCR 表的小信号测量（自动平衡法）。图片由博多电力系统提供 [PDF]
这种在工作点附近具有微小磁滞曲线的磁芯材料调制在开关模式电力电子应用中是找不到的。这样的小信号测量的测试结果意义不大。这些测量结果与 DPG10/20 脉冲测量方法之间的差异很大程度上取决于芯材，并且通常不能针对整组材料进行说明。在某些情况下，差异相对较小，而在其他情况下，差异可能相当大。
由于需要大型直流偏置单元，该方法仅限于高达 250A 的低测量电流，并且需要非常昂贵的测试设备。
必须进行多次单独测量才能创建完整的测量曲线 L(i)。这需要相对较长的时间，并对测试样本施加热负荷。在过载范围内，这可能会由于过度加热而无法测量饱和行为。至少该行为不能简单地在定义的温度下测量，因为自加热决定了温度。
另一方面，由于脉冲持续时间短，脉冲测量方法不会导致测试样本产生任何可测量的加热。因此，可以在任何所需的温度下确定该行为，例如在气候柜中。
脉冲测量原理与直流偏置单元小信号测量相比的优点
现实的测量原理
可以实现显着更高的测试电流
显着降低设备成本
由于测量脉冲非常短（μs 至 ms），因此对测试样本没有热影响
用于测量高达 50 nH 的低电感 SMD 元件的测量适配器
无论使用哪种测量设备和哪种测量原理，对 < 1 μH 的低电感元件进行电感测量从根本上来说都是有问题的、容易出错且计量要求高。在功率扼流圈测试仪 DPG10 系列的脉冲测量原理中，寄生电感、力线和感测线之间的电感耦合以及采样率对于获得准确的测量结果非常重要。
测试引线的寄生电感以及设备的寄生内部电感与测试样本一起形成感应分压器。如果这些寄生电感大于或什至远大于测试样本的电感，则只有一小部分测试脉冲电压会落在测试样本上。然后，大部分电流会落在寄生电感上。虽然总是进行 4 线测量，但这会降低测量精度。在 4 线测量中，通过单独的传感引线直接在测试样本上分接电压。
为了防止测量结果不准确，如果寄生电感上的脉冲电压下降过多，则必须放弃测量。因此，必须化寄生电感，以测量尽可能的电感值。
测试引线在寄生电感中起着重要作用。由高度灵活的测量利兹线制成的理想测试引线，铜截面为 6mm2，长度为 0.6m，其电感已超过 700 nH。与测试样本上的鳄鱼夹的进一步寄生电感和设备的内部电感相结合，这将测量值限制为多 500 nH。
为了将 DPG10 系列的使用面积扩展至 50nH，ed-k 开发了用于 SMD 元件的新型无焊开尔文测试适配器，可以直接插入设备前面板上的插座，而无需使用测试引线。这样就可以消除测试线的影响。这些测试适配器针对寄生电感进行了优化。结合 DPG10 系列的内部设计和相关的极低寄生电感，在某些情况下可以进行低至 50 nH 的测量。
开尔文测试适配器 MABxSMD 直接插入前面板。DPG10 系列的三个测量范围中的每一个都有一个单独的测试适配器（MAB1SMD、MAB2SMD 或 MAB3SMD）。测试适配器可容纳底部接触的 SMD 元件，宽度为 5-25 mm，长度为 5-25 mm，高度可达 25 mm。定位后，测试样本由弹簧支架固定到位，这使得操作变得容易。
测量示例
图 5-8 显示了不同制造商目录范围内的 SMD 电感器的测量示例。
图 5. 额定电感 200 nH，热额定电流 92 ARMS。图片由博多电力系统提供 [PDF]
图 5 显示了使用功率扼流圈测试仪 DPG10-1000B 和开尔文测试适配器 MAB1SMD 测定的具有 EP 铁氧体磁芯和气隙的电感器的差分电感 L diff (i)。根据数据表，电感下降 20% 时的饱和电流为 113 A，热允许 RMS 电流为 92 A。根据数据表，200 nH 的额定电感尚未完全实现 (194 nH)。然而，饱和电流明显高于规定值（约 150A）。
造成这些差异的原因有几个。
首先，测量方法不同。如前所述，功率扼流圈测试仪 DPG10 系列采用面向应用的方波大信号测量脉冲，其幅度与实际应用中的幅度相同。根据磁芯材料的不同，使用 μV 或 mV 范围内的正弦电压和 μA 或 mA 范围内的电流对磁芯材料进行小信号调制可提供不同的结果。
然而，由于电感值如此之小，即使测试装置的几何形状中的差异也会发挥不可忽视的作用。即使元件上的测试点或电流馈电类型（例如，平面或点状）的微小偏差也可能导致不同的测量结果。为了获得可重复的测试结果，测试装置的几何形状必须始终相同。如果没有特殊的测试适配器，很难保证这一点，并且不仅适用于脉冲测量原理，而且同样适用于 LCR 表的小信号测量。
但并非不重要的一点是，还必须考虑高达 10% 的样本散射。
图 6 中的电感器采用 5050 封装，由具有分布式气隙的粉芯材料组成。一开始就超出了标称值 220nH (280 nH)。热允许 RMS 电流指定为 66 A，电感下降 20% 时的饱和电流指定为 68 A。
脉冲测量和数据表规格之间的差异的原因与前面的示例相同。如果没有特殊的测试适配器，则无法使用 LCR 表再现L 0 （220 nH @ 100 kHz，0.25 V）的数据表规格。即使使用仔细校准的测试适配器，这也是困难的。实际的初始电感 L 0似乎系统地大于指定值，这一点通过功率扼流圈测试仪 DPG10 的测量得到证实。
图 6. 额定电感 220 nH，额定热电流 66 ARMS，5050 封装。图片由博多电力系统提供 [PDF]
磁粉磁芯材料的饱和曲线比带气隙的铁氧体磁芯的饱和曲线要柔和得多。因此，当发生故障时电流远高于额定电流时，这种磁芯材料在开关模式应用中使用时问题较少。即使在 200 A 电流下，该样本的电感仍然超过 140 nH。
这些陈述也同样适用于图 7 中的电感器。它的额定电感为 470 nH，热允许 RMS 电流为 30 ARMS，采用 4040 封装 (10 x 10 x 4 mm3)，并由相同的磁芯材料组成。
图 7. 额定电感 470 nH，额定热电流 30 ARMS，4040 封装。图片由博多电力系统提供
图 8 中的一个测量示例是尺寸为 8 x 8 x 4 mm3 的小型 SMD 电感器。它也是具有分布气隙的磁粉芯。在这种情况下，由于元件分散，测量值与数据表规格略有偏差（3.2 A 时的电感为 28.6 μH，数据表规格为 26.4 μH）。测量如此大的电感值并不那么重要，也不太容易出错。
正确选择测量参数
当电感值非常低时，测试电流和测试电压这两个测量参数都不能再自由选择。这是由于电源扼流圈测试仪 DPG10 系列的脉冲持续时间为 3 μs。测试脉冲持续时间可以使用以下公式粗略估计：Δt = L d i f f * Δ电压/电流 公式表明，电感越小，测试电流越小，测量电压越大，脉冲持续时间越短。当电感值非常低时，测试电压必须尽可能低，测试电流必须尽可能高。的可预设测试电压为 10 V，但由于较高电流下的寄生电压降，有效测试电压可低至 6-8 V。
图 8. 额定电感 33 μH，热额定电流 3.1 ARMS，3232 封装。图片由博多电力系统提供 [PDF]
对于给定的电感，这会产生以下所需的测试电流：
100 nH => 大约。
150 A 1 μH => 约。20A
10 μH => 约。3A
然而，通常可以通过选择相应较高的测试电流来测量额定电流明显较低的组件，直到可以进行测量为止。由于测试脉冲极短，倍数倍的额定电流不会导致元件发热或损坏。
脉冲测量方法的要点
对 < 1 μH 的低电感元件进行电感测量从根本上来说是有问题的、容易出错且计量要求高。
与 LCR 表相比，使用新的测试适配器可以更轻松、更真实地测量低至 50 nH 的 SMD 电感器的电感 L(i)。
脉冲测量方法可显着降低测量设备的成本，特别是对于 20 A 以上的电流。
希望仍然经常用于 PCB 安装电感器的小信号测量方法将被使用脉冲测量方法的更实际的规范所取代，该方法使用幅度接近应用的方波脉冲。
