Induttanze CC: informazioni generali e misurazioni

1, Cos'è il bias DC e quando dovrebbe essere testato?

Nel contesto di un trasformatore o di un'induttanza, la polarizzazione CC descrive un elemento di corrente costante che viene aggiunto al segnale CA.
Molti componenti avvolti devono funzionare con correnti continue che li attraversano e, in fase di progettazione, è necessario stabilire che il componente funzionerà correttamente con la corrente specificata.
Nel caso dei test di produzione, invece, è possibile verificare il corretto assemblaggio, e quindi il corretto funzionamento, di un componente avvolto, senza applicare una polarizzazione DC.

Tuttavia, per maggiore sicurezza, è necessario verificare la presenza di polarizzazione CC, utilizzando un'unità di polarizzazione CC come DC1000A per garantire il corretto funzionamento in ogni singolo punto.
Il Voltech AT5600 consente l'integrazione di DC1000A e il controllo automatico delle prestazioni DC.

2, applicazioni a bassa corrente e ad alta corrente

In alcuni casi, la corrente di polarizzazione CC è ridotta (sotto i 400 mA).
Come, ad esempio, nei trasformatori per telecomunicazioni in cui un avvolgimento è in serie con la corrente continua di alimentazione del telefono.
In altri casi, la corrente di polarizzazione CC è molto maggiore, come negli induttori utilizzati come filtri di uscita sugli alimentatori:

In tutti questi casi, il componente avvolto deve mantenere un'induttanza specifica con la corrente nominale D che scorre nell'avvolgimento.

3, Considerazioni sulla progettazione

I materiali magnetici come ferro e ferrite hanno generalmente un alto valore di permeabilità, cioè una bobina di un dato numero di spire avrà molta più induttanza rispetto allo stesso nucleo in aria.

Tuttavia, un componente avvolto con un nucleo ad alta permeabilità ha una curva BH molto ripida e, pertanto, può tollerare solo una corrente di polarizzazione CC molto piccola altrimenti il nucleo si saturerà.

Se il nucleo si satura, l'induttanza scenderà a un valore molto basso.

Per realizzare una bobina che funzioni con valori più elevati di corrente di polarizzazione CC, è necessario ridurre la permeabilità del nucleo.
Ciò viene fatto introducendo traferri nel circuito magnetico, utilizzando una spaziatura fisica o utilizzando un nucleo costituito da un composito di materiali magnetici e non magnetici (fornendo l'effetto dei traferri).
I nuclei con traferri hanno una permeabilità complessiva molto inferiore e possono tollerare correnti CC molto maggiori prima di saturarsi:

4, Test della polarizzazione CC

4.1 Nuclei per piccole correnti di polarizzazione CC

I componenti avvolti per piccole correnti di polarizzazione CC sono generalmente costruiti con nuclei aventi permeabilità da media ad alta.
Il valore di permeabilità di tali nuclei varia da lotto a lotto, poiché dipende dal processo produttivo del nucleo stesso.
Questa variazione si traduce in un'ampia tolleranza dell'induttanza misurata dell'avvolgimento, che si riflette nell'ampia tolleranza della costante di induttanza (AL) delle specifiche del produttore del nucleo.
Questa variazione di induttanza comporta la possibilità che alcune bobine siano in grado di tollerare la corrente di polarizzazione CC specificata e altre no:

L'unico modo sicuro per verificare se la bobina può funzionare con la corrente continua specificata è misurare l'induttanza con questa piccola corrente di polarizzazione CC che scorre , assicurando che l'induttanza sia almeno il valore minimo specificato.
I test LSB LPB e ZB integrati dell'AT5600 consentono una polarizzazione CC fino a 1 A senza la necessità di una fonte di polarizzazione esterna.

4.2 Nuclei per correnti di polarizzazione CC maggiori

Come accennato in precedenza, le bobine per correnti di polarizzazione CC più elevate (maggiori di circa 400 mA) hanno un nucleo a bassa permeabilità a causa dei traferri.
Quando il traferro aumenta, la permeabilità e, quindi, l'induttanza diminuiscono e la capacità di corrente CC aumenta, come mostrato di seguito per un tipico nucleo E in ferrite con traferro. (Il numero di giri è lo stesso per ciascun valore.)

A condizione che il nucleo non si saturi, come stabilito durante la fase di progettazione, il valore di induttanza per qualsiasi trasformatore sarà lo stesso con o senza polarizzazione CC applicata.

Per illustrare ciò, il grafico seguente mostra le misurazioni dell'induttanza ottenute dal trasformatore nella tabella sopra senza polarizzazione CC, rispetto allo stesso trasformatore con la polarizzazione CC specificata applicata.

Per i nuclei con traferri maggiori, la permeabilità e, quindi, l'induttanza sono determinate prevalentemente dalla dimensione del traferro e sono molto meno influenzate dalle variazioni del materiale del nucleo.

Ciò fa sì che la variazione di induttanza sia molto più piccola con un nucleo con gap, poiché il gap ha una permeabilità molto più costante rispetto al materiale magnetico stesso. Il valore dell'induttanza sarà quindi prevedibile entro una stretta tolleranza.

Ne consegue, pertanto, che una misurazione dell'induttanza (senza polarizzazione CC) di tale bobina fornisce la verifica necessaria che il nucleo abbia il corretto traferro e, quindi, abbia la capacità di funzionare alla corrente CC specificata.

5, Conclusioni sulla polarizzazione DC

Tutte le induttanze CC utilizzano nuclei a bassa permeabilità, di ferro in polvere o di ferrite con un notevole traferro.

Una bassa permeabilità è essenziale per evitare che il nucleo si saturi con una grande corrente continua.

L'induttanza è una misura della pendenza della curva BH.

Un nucleo con elevata permeabilità può avere un valore di pendenza o induttanza con un'ampia tolleranza.

La bassa permeabilità dei nuclei con traferro o in ferro in polvere fa sì che questi nuclei presentino un'induttanza che può essere specificata entro limiti molto ristretti.

È essenziale durante i test di progettazione confermare che un'induttanza CC presenti l'induttanza adeguata alla corrente CC nominale.

Nei test di produzione, tuttavia, alcune induttanze CC possono essere testate controllando l'induttanza senza polarizzazione CC, ma specificando limiti stretti si verificherà che il nucleo abbia le spire corrette e, quindi, la pendenza corretta per fornire l'induttanza richiesta alla corrente CC specificata. .

6, Vedi anche