功率扼流圈测试仪DPG10/20系列脉冲测量原理

　　通过这种测量原理，方波电压脉冲被施加到测试样本上，就像在大多数实际电力电子应用中一样。然后在测试样本中建立电流曲线，其转换速率 di/dt 取决于电流相关电感 L(i)。当达到预设电流或预设脉冲持续时间时，测量脉冲被关闭。快速 IGBT 开关用于此目的。

　　图 2. 简化电路图。图片由Bodo's Power Systems提供

　　脉冲能量来自电容器组。如果其能量含量明显高于在所需测量电流下被测电感器中存储的能量，则测量脉冲的电压大致恒定。由于工作原理的原因，无论测试样品的类型如何，电容器组的电容量都没有上限，这也是几乎所有电感功率元件应用范围极其广泛的原因之一。

　　图3 测量脉冲的电流电压曲线
　　CH1：电流100A/格
　　CH3：电压50V/格
　　图片由Bodo's Power Systems提供

　　根据电感器上的电流 i(t) 和电压 u(t) 的曲线，可以使用单个测量脉冲计算出电感器的完整电感曲线 L(i)，包括增量电感 L inc (i ) 和正割电感 L sec (i)。正割电感 L sec (i) 通常也称为振幅电感 L amp (i)。

　　图 4. 增量电感 L inc (i) 和割线电感 L sec (i) 的图表。图片由Bodo's Power Systems提供

　　图 5. 增量电感 L inc (i) 和割线电感 L sec (i) 的定义。图片由Bodo's Power Systems提供

　　电感曲线的 x 轴也可以用电压时间积分 ∫Udt 来缩放，这有时会很有帮助，例如用于确定触发变压器的频率下限。

　　图 6.图 4 中测量的  L inc (∫Udt) 图表。所用图像由Bodo's Power Systems提供
　　然而，其他重要参数也可以从测量脉冲的数据确定。
　　磁链 ψ(i)
　　磁通密度 B(i)（如果磁芯几何形状和绕组数量已知）
　　磁热共能 WCO(i)
　　采用 IGBT 的脉冲测量方法的优点
　　采用快速 IGBT 开关的脉冲测量方法具有极其广泛的应用范围。它适用于几乎所有类型的电感功率元件，从小型 SMD 电感器到重达数吨的 MVA 范围内的功率扼流圈。
　　非常宽的电流范围，目前可从 < 0.1 A 到 10000 A
　　 目前可用的脉冲能量范围为 J 至 15 kJ
　　 尽管测量电流非常高，但体积小、重量轻且价格实惠
　　 测量非常简单，数秒内即可得出测量结果
　　 对电感器无热影响
　　也适用于三相电抗器
　　正确选择测量电压和脉冲宽度
　　在脉冲测量方法中，正确选择测量参数（电流、测量电压和脉冲宽度）非常重要。其原因是材料的频率依赖性。

　　只有在与实际应用相同的电压、相同的波形以及相同的频率或脉冲宽度下进行电感测量时，才能获得真实的测量结果。使用可关断 IGBT（晶闸管无法关断）的功率扼流圈测试仪 DPG 系列的脉冲测量方法可以实现这一点。大多数电力电子应用中都使用方波测量电压。

　　图 7. 磁链 ψ(i)。图片由Bodo's Power Systems提供
　　电流Δi、测量电压U m、脉冲宽度Δt（频率）和电感L diff的关系如下，忽略寄生效应（例如欧姆电阻）和磁芯饱和。
　　$$\Delta t = L_{diff} * \Delta i/ Vm$$

　　因此，对于给定的电流 Δi，可以通过测量电压 V m设置脉冲宽度。相反，如果预设脉冲宽度Δt，则可以通过测量电压V m设置电流Δi 。

　　图8不同测量电压下的测试结果对比
　　测试样本：叠片电抗器 3 UI 48
　　测量电流：10A
　　曲线1：测量电压31V，脉冲宽度5000μs
　　曲线2：测量电压270V，脉冲宽度500μs
　　曲线3：测量电压400V，脉宽330μs
　　图片由Bodo's Power Systems提供
　　因此，测量电压应始终选择大致与实际应用中电感器上的电压一样高的电压。如果测量电压选择太大（即脉冲宽度太小）或太小（即脉冲宽度太大），测量结果可能或多或少有偏差，具体取决于磁芯材料。即使测量电压加倍（例如对于铁氧体磁芯），差异也可能很小。然而，对于其他材料，差异可能非常显着，如图 8 所示。
　　因此，自动选择测量参数（有时由竞争对手提供）是荒谬的！世界上没有算法可以确定实际应用中电感器两端的电压。此功能仅用于通过设置测量电压来隐藏仪表的弱点，例如采样率和存储深度不足，从而隐藏这些限制。
　　采样率和脉冲宽度范围
　　测量脉冲应具有与实际应用中相同的脉冲宽度的要求需要非常高的采样率和非常宽的脉冲宽度范围。这可以通过两个例子来说明。
　　示例 1：具有铁氧体磁芯的存储扼流圈，用于开关频率为 200 kHz 的开关模式电源。这需要几微秒的脉冲宽度。假设脉冲宽度为 3 ?s，并且电感曲线需要至少 150 个采样点，则采样率至少为 50 MS/s。
　　示例 2：铁路应用的扼流圈的工作频率为 16 2/3 Hz。因此，脉冲宽度应约为 30 ms（全波 60 ms，半波 30 ms）。
　　然而，高采样率和大脉冲宽度会导致另一个问题。要么需要不成比例的大内存深度，要么发生内存溢出。
　　因此，功率扼流圈测试仪 DPG10/20 系列采用了专门开发的具有特殊功能的 A/D 转换器。对于长脉冲，2 x 50 MS/s 的高采样率可以自动降低，因此可能的脉冲宽度几乎是无限的。
　　脉冲宽度可设置为 3 ?s 至 70 ms 之间，如果需要，甚至可以增加至几秒。因此，功率扼流圈测试仪 DPG10/20 系列适用于从 100 kHz 到 < 5 Hz 的所有磁芯材料。