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Prüfung von Drosseln und Transformatoren mit Hochstrom-Gleichstromvorspannung

Ein Dokument, das DC-BIAS-Tests mit verschiedenen Techniken behandelt

1, Überlegungen zur genauen Prüfung von Hochleistungsinduktivitäten

Induktivitäten spielen in allen Arten von Geräten der Leistungselektronik eine wichtige Rolle.
Dabei handelt es sich um entscheidende Komponenten, die über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen hinweg zufriedenstellend funktionieren müssen, beispielsweise als Energiespeicher als Teil einer Glättungsfilterschaltung für die Stromversorgung vom minimalen bis zum maximalen Nenn-Gleichstromausgang.
Daher ist es wichtig, die Gleichstrombelastbarkeit der Drossel bei maximalem Strom zu prüfen, um sicherzustellen, dass sie korrekt hergestellt wurde und die richtigen Adern und Drähte verwendet wurden.
Bei Anwendungen mit geringem Stromverbrauch dürfen gewickelte Komponenten nur mit einem LCR-Messgerät überprüft werden. Typische Tests sind Induktivität (L) und Qualitätsfaktor (Q).

Testen von Induktivitäten mit geringem Stromverbrauch mit einem LCR-Messgerät.

2, Die Auswirkung der Gleichstromvorspannung auf Induktivitätsmessungen

Wenn ein Induktor mit einem Gleichstrom oder einem hohen Wechselstrompegel magnetisiert wird, geht der Induktorkern schließlich in die Sättigung.
Wenn der Strom zunimmt, verringert sich der Wert der Induktivität bis zur Sättigung, und zwar bis zum Sättigungspunkt, an dem die Induktivität gegen Null tendiert.
Dies zeigt sich insbesondere bei Anwendungen wie Netzteilen, Leistungsverstärkern und EMV-/EMI-Filtern. Der Induktivitätswert kann sich erheblich ändern, wenn der Strom zunimmt und die Induktivität näher an der magnetischen Sättigung verwendet wird.
Das magnetische Design einer Spule/Drossel muss sicherstellen, dass ein ausreichender Designspielraum für die Flussdichte vorhanden ist, um eine Sättigung bei angelegter Gleichstromvorspannung zu vermeiden. Die folgende BH-Kurve (B = Flussdichte, H = magnetische Feldstärke) veranschaulicht diese Eigenschaft:



Magnetisierungscharakteristik von magnetischem Material Die „BH-Kurve“

Wenn ein Hochleistungsinduktor nicht getestet wird, da er in einer Endanwendung (unter Volllast) verwendet wird, kann der Induktor im besten Fall Leistungsprobleme auf Systemebene verursachen, einschließlich Ausgangsrauschen, Ineffizienz und möglicher Überhitzung, oder im schlimmsten Fall einen vollständigen Ausfall beim Endtest.
Dies liegt daran, dass eine gemessene Induktivität nur unter realistischen Gleichstromlastbedingungen genau ist.
Ein gründliches Testen eines Induktors unter realistischen Lastbedingungen kann auch zu einem besser optimierten und möglicherweise kostengünstigeren Induktordesign führen.


3, Anlegen eines DC-Vorstroms während eines LCR-Tests

Ein herkömmliches Konstantspannungsnetzteil kann nicht mit einem LCR-Messgerät verwendet werden, da seine große Ausgangskapazität die induktive Impedanz des Prüflings (DUT) überlastet und zu einem Messfehler von 100 % führt.
Anlegen eines DC-Vorstroms während eines LCR-Tests
Um das Problem der niedrigen Ausgangsimpedanz der Stromversorgung zu überwinden, kann eine große Induktivität (im Verhältnis zur gemessenen Induktivität) in Reihe mit der Gleichstromversorgung geschaltet werden, um die DUT-Induktivität von der Gleichstromversorgung zu isolieren.
Konventionelle Stromversorgung
Historisch gesehen ist dies die von Herstellern von LCR-Messgeräten am häufigsten verwendete Technik, wenn sie eine Gleichstrom-Vorspannungsversorgung entwerfen. Der Wert der Reiheninduktivität kann jedoch sehr groß sein und ihre Eigenkapazität kann die Messung ernsthaft beeinträchtigen. Außerdem muss dieser große Induktorwert geändert werden, wenn unterschiedliche Induktorwerte gemessen werden, was eine einfach einsetzbare Lösung verhindert.


4, Die moderne Art, DC Bias anzuwenden

Das Voltech DC1000 DC Bias Supply verfügt über eine einzigartige Konstantstrom-Ausgangsstufenkonfiguration, die die Bias-Versorgung elektronisch (im Gegensatz zu passiv) vom DUT isoliert, sodass das DUT unter realistischen Schaltungsbedingungen mit hohem und variablem Gleichstrom getestet werden kann.
Die elektronische DC-Bias-Versorgung Voltech DC1000 hat deutlich weniger Einfluss auf die LCR-Meter-Messungen als herkömmliche induktivitätsbasierte Versorgungen.
Der DC1000 kann somit genauere Messungen in einem kleineren, leichteren und vielseitigeren und kontrollierbareren Paket liefern.
Lesen Sie mehr über die Theorie hinter unserer Lösung – DC1000 – Wie es funktioniert

Voltech DC1000 25A DC-Bias-Versorgung


5, DC1000-Testkonfiguration mit einem LCR-Messgerät

Die Induktivitätscharakterisierung kann manuell durchgeführt werden.
Für bestimmte LCR-Modelle bieten wir außerdem eine kostenlose Sweep-Steuerungssoftware zur Steuerung von LCR und DC1000 an
Für manuelle Tests wird der Strom über den Bedienknopf an der Vorderseite eingestellt. Die Induktivitätsmessungen werden dann wie gewohnt in Echtzeit vom LCR-Messgerät abgelesen. Zur Zusammenstellung der Gleichstrom-Induktivitäts-Charakteristik kann eine Tabellenkalkulation verwendet werden. Aus diesen Daten kann ein Sättigungsdiagramm erstellt werden.

Manuelle Testkonfiguration

  1. Verbinden Sie den DC1000 mit dem Induktor-DUT
  2. Verbinden Sie das LCR-Messgerät mit dem Induktor-DUT
  3. Richten Sie das LCR-Messgerät wie gewohnt ein. Kompensieren Sie die Messung mit eingeschaltetem DC1000-Ausgang, der jedoch 0,00 Ampere liefert.
  4. Stellen Sie den DC1000 über den Bedienknopf an der Vorderseite auf die erforderliche Stromstufe ein und messen Sie den Induktivitätswert (Ls) auf dem LCR-Messgerät.
  5. Erstellen Sie eine Tabelle und ein Diagramm des Stroms im Verhältnis zur Induktivität, um Induktivitätsschwankungen und eventuelle Sättigung zu beobachten.
  6. Reduzieren Sie den DC1000-Ausgang auf 0,00 und schalten Sie den Ausgang aus.
  7. Trennen Sie das LCR-Messgerät.
  8. Trennen Sie den DC1000.

Anhand dieser Ergebnisse können Benutzer erkennen, wann der Induktivitätswert bei höherem Strom abnimmt, und den verfügbaren Designspielraum bestimmen. Mit dem präzisen und benutzerfreundlichen DC1000 ist es möglich, den Designprozess zu beschleunigen und das Design mit großen Spielräumen zu vermeiden, wodurch häufig die erforderliche Kerngröße reduziert wird.



Der Voltech DC1000:


6, Automatische (Produktions-)Testkonfiguration

Der DC1000 fügt sich nahtlos in die Testumgebung Voltech AT5600 , ATi oder AT3600 ein und bietet alle Vorteile, die die automatische Prüfung gewickelter Komponenten von Voltech AT bietet.


Automatische Hochgeschwindigkeitsprüfung mit den Testern der Voltech DC1000- und AT-Serie

  • Automatisches Prüfgerät für gewickelte Komponenten
  • 20 Knoten werden automatisch umgeschaltet
  • Einfache Programmierung
  • > 10 VERSCHIEDENE TESTS pro Sekunde
  • Über 40 Tests verfügbar, einschließlich L, C, R, Windungsverhältnis, Leckage L, Rückflussdämpfung, Balance, Isolationswiderstand, Hi Pot (5 kV), Überspannung, Watt, Magnetisierungsstrom.
  • DC-Vorstrom bis zu 500 A (20 x DC1000)

7, Siehe auch