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Messung der Induktivität mit DC-Bias

Was ist das Problem?

Wie der DC1000A die häufigen Probleme bei der Messung der Induktivität bei Gleichströmen überwindet

Warum sollte bei vorhandenen DC-BIAS-Signalen getestet werden?

Die Bestätigung der Induktivität von Transformatoren oder Induktivitäten mit angelegtem DC-BIAS-Strom ist in vielen Anwendungen eine häufige Testanforderung, da sie bestätigt, dass das gewählte Kernmaterial über einen Bereich von AC- und DC-Signallasten hinweg funktioniert.

Wenn der DC-Vorspannungsstrom über sein Betriebsniveau hinaus erhöht wird, gerät der Kern in die Sättigung und die Induktivität sinkt. Konstrukteure und Komponentenhersteller müssen bestätigen, dass das Teil bis zum angegebenen Designstromniveau noch ordnungsgemäß funktioniert.

LCR-Messtheorie

LCR-Messgeräte werden typischerweise zur Messung einer Reihe von Parametern magnetischer Stoffe wie Impedanz, Induktivität und Widerstand verwendet. Dies wird durch Anlegen einer festen Spannung mit einer gewählten Frequenz und anschließende Messung erreicht

A. die tatsächliche Spannung am zu prüfenden Teil
B. der tatsächliche Strom, der durch das zu prüfende Teil fließt.
C. die Phasendifferenz zwischen Spannung und Strom.

Praktisch alle LCR-Messgeräte verwenden auch eine „4-Leiter-Kelvin“-Technik.
Dabei werden Verbindungspaare verwendet, wie im Diagramm dargestellt. (siehe rechts)
Der durch den Prüfling fließende Strom fließt nicht durch den (hochohmigen) Spannungsmesskreis.
Daher gibt es keinen Spannungsabfall an den Spannungsmessleitungen oder im Stromkreis und somit weniger Fehler.

LCR-Theorie 1
LCR-Theorie 1

Allerdings kann die Einführung einer Gleichstromquelle in den Stromkreis (zur Prüfung des Prüflings mit angelegter Gleichstromvorspannung) möglicherweise einen anderen Pfad für den Fluss des LCR-Stroms einführen. (siehe rechts).
Dieser zusätzliche „Fehlerstrom“-Fluss führt somit zu einem Fehler beim LCR-Messwert des Prüflings.

LCR-Theorie 2
LCR-Theorie 2

Reale Faktoren, die zu Messfehlern führen

Die genaue Messung der Induktivität mit einem herkömmlichen LCR-Messgerät ohne Gleichstromvorspannung ist unkompliziert. Allerdings wird es viel schwieriger, wenn man versucht, eine externe Stromversorgung zur Erzeugung des DC-Bias-Stroms zu verwenden.

Hier besteht das Problem darin, den Wechselstromfluss vom LCR durch die Gleichstromquelle zu stoppen.

Es gibt vier Hauptfaktoren, die einen Wechselstromverlust durch die DC-Bias-Versorgung verursachen

1. Ausgangskapazität der Quelle
Ein herkömmliches Tisch-Netzteil enthält normalerweise einen Ausgangskondensator, um die Versorgung zu glätten.
Dies würde den Wechselstrom von der LCR-Versorgung abziehen und zu einem Messfehler führen.
Siehe Diagramm rechts, „Ausgangs- und Erdkapazität“ und beschriftet mit „1“.

2. Kapazität zwischen der Gleichstromquelle und Erde.
Siehe Diagramm rechts, „Ausgangs- und Erdkapazität“ und beschriftet mit „2“.

3. Nichtlineares Verhalten der in Konstantstrom-Netzteilen verwendeten Transistoren
Siehe Diagramm rechts „Transistorreaktion“, das den Kollektorstrom im Verhältnis zur Spannung zeigt.
Bei einem idealen Transistor sind die Kurven flach, in Wirklichkeit gibt es jedoch eine charakteristische Steigung.
Da das LCR-Wechselstromsignal zum Gleichspannungsabfall am Prüfling addiert wird, schwankt der Kollektorstrom leicht, was zu Fehlern führt.

4. Änderung der Transistorreaktion über Gleichstrom.
Siehe Diagramm rechts „Transistorreaktion“, das den Kollektorstrom im Verhältnis zur Spannung zeigt.
Dieser Fehlerstrom ist nicht nur nichtlinear, sondern ändert sich auch mit der variierenden Gleichstromausgabe. Siehe Diagramm „Transistorverhalten“
Die Ansprechkurve bei 1 A unterscheidet sich von der bei 20 A, daher ist der Leckstrom d2 größer als d1
Dies wiederum bedeutet, dass eine herkömmliche LCR-Kompensation, die bei 0 DC-Ampere durchgeführt wird, bei 5, 10, 20... DC-Ampere nicht gültig ist.

Ausgangs- und Erdkapazität
Ausgangs- und Erdkapazität
Transistor-Antwort
Transistor-Antwort

Fehler beheben – Der DC1000A

Voltech hat diese Probleme mit unserer patentierten Korrekturtechnik überwunden, die diese vier Fehlerursachen behebt.

Es beseitigt die vier Fehlerströme, die Ihre Messwerte beeinflussen können, und ermöglicht Ihnen die Messung des UUT unter realen Testbedingungen über hohem (und variablem) Gleichstrom.

Um die Wirksamkeit unserer Lösung zu demonstrieren, haben wir einen einfachen 1 mH-Induktor mit einer Vorspannung von 0–25 DC Ampere bei 1 V RMS getestet. Wir haben dies bei verschiedenen Frequenzen durchgeführt und den durch den DC1000A fließenden Fehlerstrom gemessen.

Dies wurde mit unserer patentierten Korrekturschaltung getestet, die bewusst deaktiviert wurde, und dann erneut mit aktivierter Schaltung getestet, um die Wirksamkeit unserer Lösung zu zeigen.

DC1000A in Aktion

Wie aus den Grafiken rechts ersichtlich ist

Ohne die DC1000A-Korrekturtechnologie

Die orangefarbenen Linien zeigen den AC-Fehlerstrom (pro Volt über den von uns getesteten Induktor).
Diese Fehlerströme variieren je nach angelegtem DC-BIAS und sind außerdem nichtlinear, sodass es nahezu unmöglich ist, sie zu kompensieren. Sie variieren auch in Größe und Linearität bei unterschiedlichen Frequenzen.

Besonders wichtig ist zu beachten, dass die RMS-Fehlerströme in der gleichen Größenordnung liegen wie der Wechselstrom, den der LCR durch den Prüfling zu messen versucht – der Fehlerstrom hat einen echten Einfluss auf die Induktivität, die Sie messen möchten .

Mit der DC1000A-Korrekturtechnologie

Die grünen Linien zeigen die massive Reduzierung des Fehlerstroms bei aktivierter DC1000a-Korrekturschaltung.

Die Technik reduziert jegliche Wechselstromleckage in allen Fällen auf typischerweise weniger als 1 mA, sodass Ihr LCR-Messgerät eine effektive und reale Messung der Induktivität unter Gleichstromlast durchführen kann.

DC 1000 Korrekturgenauigkeit
DC 1000 Korrekturgenauigkeit

Eine Lösung für alle Frequenzen, alle Ströme

Normalerweise messen Prüfingenieure die Wechselstrominduktivität über einen Bereich unterschiedlicher Gleichstrom-Vorströme bei einer festen Frequenz. Die Frequenz ist für diesen bestimmten Teil geeignet.

Wir können Ihnen dabei helfen, praktisch alle Messfehler über alle Frequenzen und Ströme hinweg zu beseitigen – die DC BIAS-Lösung für den gesamten Umfang Ihrer Fertigung.

Abschluss

Es ist möglich, ein nicht ideales Netzteil zu charakterisieren, um seinen Fehlerstrom bei unterschiedlichen Lasten, unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Ruheströmen zu beseitigen. Dies ist jedoch zeitaufwändig, kann für jede Quelle unterschiedlich sein und ist keine Lösung, die einfach skaliert und in einer Produktionstestumgebung bereitgestellt werden kann.

Der DC1000A bietet Prüfingenieuren die Lösung für dieses Problem.

Vorteile

Die Anwendervorteile der Korrekturschaltung sind vielfältig und bedeutsam:

1. Der von der DC-Vorspannungsversorgung aufgenommene AC-Fehlerstrom wird um den Faktor 100 (typisch) reduziert. Dadurch erhält das LCR-Messgerät sofort ein genaueres Ergebnis.
2. Jeder Restfehler ist konstant und unabhängig vom DC-Vorstrom und kann daher leicht durch herkömmliche LCR-Methoden kompensiert werden.
3. Jetzt kann das LCR-Messgerät wie gewohnt eine Leerlauf- und Kurzschlusskompensation anwenden, um die Messungen frei von jeglichen Streueffekten zu machen.
4. Der DC1000A erfordert keine spezielle Verbindung zum LCR-Messgerät oder Kenntnisse über dessen Einstellungen, sodass er für die Verwendung mit jedem LCR-Messgerät geeignet ist.
5. Mehrere DC1000 können problemlos parallel geschaltet werden, um Tests mit einer Vorspannung von bis zu 250 A (10 x DC1000) durchzuführen.
6. Der DC1000A ist kleiner und leichter als jede andere Hochstrom-DC-Vorspannungsversorgung.

Sind Sie bereit, einen DC1000A auszuprobieren?

Bitte verwenden Sie das untenstehende Formular, um Fragen zur Verwendung des DC1000A zum Testen Ihrer Transformatoren, Induktivitäten und Drosseln zu stellen, um Ihre Qualität in der Entwurfsphase oder in der laufenden Fertigung zu gewährleisten.