以下是知用創(chuàng)始人樊博士在11月4號中國電源學會第二十三屆學術(shù)年會上演講的內(nèi)容：

摘要：傳統(tǒng)的LCR數(shù)字電橋+偏流源的大功率電感的測試方法已經(jīng)不能滿足電力電子領(lǐng)域超大電流電感的測試，因此本文提出了一種基于測量電流變化率di/dt的測試方法。在針對這兩種測試方法的理論分析基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種實現(xiàn)di/dt法的軟硬件電路，并開發(fā)了一套完整的產(chǎn)品。對某大功率電感進行測試對比的結(jié)果表明， di/dt法和LCR電橋+偏流源方法是一致的。

關(guān)鍵詞：電感量測量；大偏置電流；di/dt測試法。

1. 引言

       目前對于電感的測試，有LCR電橋法、直流脈動法（3）、交流激勵測試法（5）、開關(guān)式電感測量法（6）。目前常用的是數(shù)字化LCR電橋，其原理是在被測的電感上加一個高頻電壓信號，通過電橋的自動平衡原理，測量電感的各種參數(shù)， 如電感量，品質(zhì)因數(shù)等。由于測量的電壓是一個不超過10V的小電壓，流過電感的電流也是一個幾十毫安級的小電流，所以LCR電橋測到的是小信號下的電感參數(shù)。這個方法適合對小信號模擬電路上的電感元件的測量。

眾所周知電感是一個非線性化的元件，電感參數(shù)和流過的電流引起的電感的磁性材料的磁化狀態(tài)有很大的關(guān)系。對大功率電感，目前采用的主要是LCR電橋+偏流源測試方法，該方法的本質(zhì)是在一個恒定的直流電流上疊加一個高頻小信號去測量電感。這種傳統(tǒng)LCR電橋+偏流源的測試系統(tǒng)，不但價格昂貴，體積龐大，操作復雜， 而且大測試電流只能在200A以內(nèi)，已經(jīng)遠遠跟不上電力電子新產(chǎn)品的發(fā)展。

隨著大功率電力電子和新能源產(chǎn)品的高速發(fā)展，功率電感的電流定額也日益增長，目前已經(jīng)有超過1000A電流的功率電感的需求。工程師關(guān)心的是功率電感在大電流下的電感量衰減是否滿足設(shè)計要求、功率電感是否飽和以及飽和的程度如何。大電流功率電感的測量對設(shè)計一個高可靠性低成本的電力電子和新能源產(chǎn)品至關(guān)重要（4）。針對這種情況，本文提出一種基于測量電流變化率di /dt 的大功率電感測試方法。

2.di/dt法基本原理

       di/dt法的基本原理是對電感器件施加恒定的直流脈沖電壓，通過測量電感di/dt的變化， 計算出對應電感量和其他參數(shù)（1）（3）。

基本公式如下：

U=Ldi/dt（1）

圖1是電感的直流磁鏈對電流的曲線。IA是電感工作點偏置電流，IB是電流達到預設(shè)的停止測試的大電流點。工作點A在磁化曲線上變化，割線電感Lsec和增量電感Linc都將產(chǎn)生相應的改變。

圖 1 割線電感Lsec和增量電感Linc

di/dt法是對直流磁鏈曲線切線計算增量電感(1)(2)，我們定義增量電感(動態(tài)電感或小信號電感）Linc如下

Linc=△ΨmA/△IA(2)

LCR電橋+偏流源測試方法是對直流磁化曲線上疊加的一個交流小磁滯回環(huán)測量增量電感，如圖2所示。

圖 2 LCR電橋+偏流源測試方法的交流磁滯回環(huán)和增量電感

LCR電橋所得到△ΨmA和△IA分別對應的是磁鏈變化的峰值和電流變化的峰值。兩個頂點拉的一條直線和直流磁鏈曲線切線的物理意義相同，理論上是平行的。LCR電橋所得到的交流磁滯回環(huán)是極小的，所以LCR電橋所測的增量電感值和磁鏈曲線切線計算的增量電感是很接近的。

電力電子領(lǐng)域的濾波電感的工作狀態(tài)正是一個直流偏置電流上疊加一個交流磁化曲線，增量電感才是用戶關(guān)心的物理量。

另外割線電感或大信號電感Lsec定義如下。這個物理量是LCR電橋無法測量的。

Lsec=ΨmA/IA（3）

圖3 di/dt法基本原理框圖

如圖3所示的是di/dt法基本原理框圖。系統(tǒng)由一個可調(diào)的電壓源對儲能電容進行充電，當充電到預設(shè)的電壓后停止?？刂齐娐钒l(fā)出一個導通脈沖到大功率電子開關(guān)T1，使得儲能電容C1、C2、C3對被測電感施加一個脈沖電壓。當超過大電流限值IB時則切斷脈沖電壓。

AD采集卡對被測電感元件上的電壓U和電流I進行精密的高速AD采樣，我們可以獲得相應的電壓電流數(shù)據(jù)。把這組數(shù)據(jù)進行計算，就可以獲得對應的電感參數(shù)：增量電感、正割電感、磁鏈和磁共能?？梢缘玫皆隽侩姼幸约罢铍姼袑﹄娏鞯碾姼星€，既可以作為電流的函數(shù)，也可以作為施加的電壓—時間積分的函數(shù)。

這種測量方法相比于偏流源法的優(yōu)點是很明顯的。優(yōu)點如下：

①由于是單脈沖測量，利用電容的放電可以很容易得到極大的偏置電流，如數(shù)千安倍。

②測量條件與電力電子實際應用中的電感元件的方波脈沖電壓的工作條件是一致的。所以di/dt法測試結(jié)果更加接近于真實的電力電子的工作狀態(tài)。

3.di/dt法設(shè)計的大電流電感測試儀

IPT1000 是基于di/dt法設(shè)計的大電流電感測試儀，技術(shù)指標如下：

表1大電流電感測試儀技術(shù)指標

為了確認di/dt法和LCR+偏流源法測試電感的一致性，我們對伍爾特的大功率電感（型號7443763521033）進行對比測試，該電感的額定電流是75A，標稱電感3.3UH。由于該電感的感量較小，為了提高測試精度，對該電感測試的時候采用了10V電壓。如果選擇的測試電壓比較高，那么放電脈沖時間就特別短，會導致噪聲和誤差比較大。

圖4測試現(xiàn)場照片

圖5伍爾特提供的電感電流曲線

圖6 IPT1000測量10A量程的電感電流曲線

圖7 IPT1000測量100A量程的電感電流曲線

圖8 IPT1000測量100A量程時的電感兩端的電壓曲線

圖9 IPT1000測量100A量程時的電感流過的電流曲線

下面的表2是IPT1000和WK3255B英國穩(wěn)科LCR+WK3265B 偏流源（50A）測試同一個型號7443763521033的電感的數(shù)據(jù)對比 (電感單位UH)。測試結(jié)果表明兩個數(shù)據(jù)很接近。大的誤差為6%，發(fā)生在激勵頻率比較低的1kHz處。

圖10 WK3255B英國穩(wěn)科LCR+WK3265B偏流源

表2 di/dt法和LCR+偏流源法測量比較結(jié)果

4.結(jié)語

       本文提出了一種基于測量電流變化率di/dt來計算出電感值的方法，并研發(fā)設(shè)計出了相應的產(chǎn)品。在對某大功率電感進行測試對比后的結(jié)果表明， di/dt法和LCR電橋+偏流源法的測試結(jié)果是一致的。