對(duì)于電感功率元件的電感測(cè)量，基于高性能IGBT功率級(jí)的DPG10/20系列脈沖電感測(cè)試儀器的創(chuàng)新脈沖測(cè)量方法已經(jīng)確立。這一系列由三部分組成的文章解釋了不同的測(cè)量方法，并顯示了與傳統(tǒng)的測(cè)量方法和近來(lái)傳播的晶閘管脈沖測(cè)量方法相比，該原理所固有的許多優(yōu)點(diǎn)。

      一部分詳細(xì)介紹了DPG10/20系列阻風(fēng)門測(cè)試儀的脈沖測(cè)量方法。

      介紹

      2002年，ed-k是首開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)基于關(guān)斷功率晶體管（IGBT）脈沖測(cè)量原理的商用電感表的制造商。從那時(shí)起，ed-k一直是該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。

      與此同時(shí)，ed-k的功率扼流測(cè)試儀DPG 10/20系列已在全球范圍內(nèi)成為感應(yīng)功率元件開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和質(zhì)量控制的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1:DPG10/20系列脈沖電感測(cè)試儀器

       DPG10/20系列脈沖電感測(cè)試儀器脈沖測(cè)量原理

       利用這種測(cè)量原理，方波電壓脈沖被施加到試樣上，就像在大多數(shù)實(shí)際的電力電子應(yīng)用中一樣。然后在試樣中建立電流曲線，其轉(zhuǎn)換速率di/dt取決于與電流相關(guān)的電導(dǎo)L（i）。當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的MAX電流或預(yù)設(shè)的脈沖持續(xù)時(shí)間時(shí)，測(cè)量脈沖關(guān)閉?？焖買GBT開(kāi)關(guān)用于此目的。

圖2：簡(jiǎn)化電路圖

       脈沖能量來(lái)自電容器組。如果其能量含量顯著高于在所需MAX測(cè)量電流下被測(cè)電感器中存儲(chǔ)的能量，則測(cè)量脈沖的電壓大致恒定。由于工作原理，無(wú)論試樣類型如何，電容器組的電容都沒(méi)有上限，這也是幾乎所有電感功率元件應(yīng)用范圍極其廣泛的原因之一。

圖3：測(cè)量脈沖的電流和電壓曲線

CH1：電流100A/div

CH3：電壓50V/div

       根據(jù)導(dǎo)線內(nèi)的電流i（t）和電壓u（t）的曲線，可以用單個(gè)測(cè)量脈沖計(jì)算電感器的完整電感曲線L（i），包括增量電感Line（i）和割線電感Lsec（i）。se cant電感Lse（i）通常也被稱為振幅電感Lamp（i）。

圖4：增量電感Lind（i）和割線電感Lsedi的示意圖

圖5：增量電感Lnc（i）和割線電感Lsedi的定義

       電感曲線的x軸也可以替代地用電壓-時(shí)間積分∫Udt來(lái)縮放，這有時(shí)是有幫助的，例如用于確定觸發(fā)變壓器的頻率下限。

圖6：圖4中測(cè)量的Linc(∫Udt)圖

      然而，也可以根據(jù)測(cè)量脈沖的數(shù)據(jù)來(lái)確定其他重要參數(shù)。

●磁鏈ψ（i）

●磁通密度B（i），如果已知堆芯幾何形狀和風(fēng)圈數(shù)

●磁共能Wco（i）

圖7：通量關(guān)聯(lián)ψi

IGBT脈沖測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)

       采用快速IGBT開(kāi)關(guān)的脈沖測(cè)量方法具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。它適用于幾乎所有類型的電感功率組件，從小型SMD電感器到重達(dá)數(shù)噸的MVA范圍內(nèi)的功率扼流圈。

●非常寬的電流范圍，目前可從＜0.1 A到10000 A

●脈沖能量目前可從則至15千焦

●盡管測(cè)量電流非常高，但體積小、重量輕、價(jià)格實(shí)惠

●非常簡(jiǎn)單的測(cè)量，幾秒鐘內(nèi)即可得出測(cè)量結(jié)果

●對(duì)感應(yīng)器無(wú)熱影響

●也適用于三相扼流圈

測(cè)量電壓和脈沖寬度的正確選擇

       在脈沖測(cè)量方法中，正確選擇測(cè)量參數(shù)（MAX電流、測(cè)量電壓和脈沖寬度）非常重要。其原因是核心材料的頻率依賴性。

       只有在使用與實(shí)際應(yīng)用中相同的電壓、相同的波形和相同的頻率或脈沖寬度進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)量時(shí)，才能獲得真實(shí)的測(cè)量結(jié)果。這可以使用DPG系列功率扼流測(cè)試儀的脈沖測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)，該測(cè)試儀帶有可以關(guān)閉的IGBT（晶閘管不能關(guān)閉）。在大多數(shù)電力電子應(yīng)用中都使用方波測(cè)量電壓。

       MAX電流△i、 測(cè)量電壓Um，脈沖寬度△t（頻率）和電感Ldiff如下相關(guān)，忽略了寄生效應(yīng)（例如歐姆電阻）和磁芯飽和。

       △t=Ldiff*△i/Vm

       在給定的MAX電流下△因此可以通過(guò)測(cè)量電壓Vm來(lái)設(shè)置脈沖寬度。相反，如果脈沖寬度△t是預(yù)設(shè)的，MAX電流△i可以通過(guò)測(cè)量電壓Vm來(lái)設(shè)置。

       因此，在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量電壓應(yīng)始終粗略地選擇為與電感器處的電壓一樣高。如果測(cè)量電壓選擇得太大（即脈沖寬度太?。┗蛱。疵}沖幅度太大），測(cè)量結(jié)果可能或多或少會(huì)有偏差，這取決于磁芯材料。即使測(cè)量電壓加倍，例如鐵氧體磁芯，差異也可能很小。對(duì)于其他核心材料，無(wú)論如何，差異可能非常顯著，如圖8所示。

圖8：不同測(cè)量電壓下的測(cè)試結(jié)果比較

試樣：疊片堆芯3 Ul 48反應(yīng)堆

測(cè)量電流：10A

曲線1：測(cè)量電壓31V，脈沖寬度5000us

曲線2：測(cè)量電壓270V，脈沖寬度500us

曲線3：測(cè)量電壓400V，脈沖寬度330us

       因此，像競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有時(shí)提供的那樣，自動(dòng)選擇測(cè)量參數(shù)是完全沒(méi)有意義的！在實(shí)際應(yīng)用中，世界上沒(méi)有任何算法可以確定電感器兩端的電壓。此功能僅用于通過(guò)設(shè)置測(cè)量電壓來(lái)隱藏儀表的弱點(diǎn)，例如采樣率和存儲(chǔ)深度不足，從而隱藏這些限制。

采樣率和脈沖寬度范圍

       測(cè)量脈沖應(yīng)具有與實(shí)際應(yīng)用中相同的脈沖寬度的要求需要非常高的采樣率和非常寬的脈沖寬度范圍。這可以通過(guò)兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。

       示例1：用于開(kāi)關(guān)頻率為200kHz的開(kāi)關(guān)模式電源的帶鐵氧體磁芯的存儲(chǔ)扼流圈。這就需要幾個(gè)μs的脈沖寬度。假設(shè)脈沖寬度為3μs，電感曲線至少需要150個(gè)采樣點(diǎn)，這導(dǎo)致采樣率至少為50 MS/s。

       示例2：用于鐵路應(yīng)用的扼流圈以16 2/3 Hz的頻率運(yùn)行。因此，脈沖寬度應(yīng)該是大約30ms（全波60ms，半波30ms）。

       然而，高采樣率和大脈沖寬度會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)問(wèn)題。要么需要過(guò)大的內(nèi)存深度，要么發(fā)生內(nèi)存溢出。

       因此，DPG10/20系列扼流圈測(cè)試儀使用了一種專門開(kāi)發(fā)的具有特殊功能的a/D轉(zhuǎn)換器。對(duì)于長(zhǎng)脈沖，可以自動(dòng)降低2x50 MS/s的高采樣率，從而使MAX可能的脈沖寬度幾乎是無(wú)限的。脈沖寬度可以設(shè)置在3μs和70 MS之間，并且可以

      如果需要，甚至可以增加到幾秒鐘。因此，DPG 10/20系列扼流圈測(cè)試儀適用于從100kHz到<5Hz的所有核心材料。

遠(yuǎn)見(jiàn)

      本系列文章的第二部分介紹了測(cè)量電感的其他方法。其中包括使用帶或不帶直流偏壓的正弦電壓和電流進(jìn)行的小信號(hào)測(cè)量（LCR計(jì)），以及使用市電電壓和市電電流進(jìn)行的常規(guī)測(cè)量。還解釋了近來(lái)傳播的可控硅（不能關(guān)閉）脈沖測(cè)量原理。它將表明與DPG10/20系列扼流圈測(cè)試儀的脈沖測(cè)量方法相比，這三種測(cè)量方法在原理上都有哪些顯著的缺點(diǎn)。