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[YJGQDD]使用示波器测量电感量以及饱和电流

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出70入145汤圆

发表于 2020-3-26 22:28:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 hailing 于 2020-3-27 08:26 编辑

电感是电子元器件中重要的一类器件,大量应用于开关电源。实际应用中电感的主要参数有电感量和饱和电流。电感量是电感的基本参数,就像电阻值对电阻一样重要。电感的饱和电流决定了流过电感的电流大小。
        电感量定义:
        UL=L*di/dt
        整理下得到L = UL*dt/di ;
UL为电感两端的电压。下面的测试计算就是基于这个原理来测试的。
        关于电感的饱和电流:当电感流过的电流逐渐增大时,电感会逐渐进入饱和状态,电感量会逐渐下降,当电感完全饱和时,电感会变成一个只有线圈直流电阻的电阻。饱和电流一般定义为电感量下降了10%到30%时的电流。不同的厂家对饱和电流定义不同,比如TDK的SLF12575系列定义为电感量下降10%时的电流,而顺络的SWPA系列定位为电感量下降30%时的电流。
        我们可以使用示波器来近似的测量电感的饱和电流和电感量,经过与LCR电桥的对比,电感量相差很小。饱和电流的测量结果与电感手册中的值也相差不大。电路示意图:

说明L-TEST为被测电感,最好使用短的导线焊接上电感,导线长了本身也有电感和内阻,影响测试结果。
1》先按图连接器件,使用直流稳压电源提供10V电压。拔掉J1的跳线帽,R2对C1充电到10VDC.示波器打到合适的电压档(可先打到500mVDC档,表笔X1,时间打到5us档。后面测试可以根据测试效果调整电压档和时间档)。示波器选择单次触发,可以把触发电平设置在500mV的位置。
2》快速短接J1跳线帽,短接时果断插上跳线帽,不要抖动,降低示波器被抖动波形干扰的概率。这个时候示波器应该捕捉到类似波形:

10uH电感测试波形)
波形不明显或太大,太小等调整电压档,时间档和触发电平,让波形尽量展开。
3》可以看到上面的波形从0V开始有一个均匀上升的过程,这个斜率再乘以电感两端的电压就是电感量。按照公式L = UL*dt/di 计算电感量。像上图直接使用示波器的光标功能得到L=10V-0.456V*5.56us/4.56A=11.6uH
因为采样电阻上有一定的压降,电感两端的电压近似为10V-0.456V,以下会讲到电容的压降带来的影响,这里近似按照电容还是10V电压计算。
电流为采样电阻上的电压/电阻。这里是0.456V/0.1Ω=4.56A.
4》关于饱和电流的判断,可以看到在上图有一个曲线开始变陡峭的过程:这个转折点就可以近似认为是电感的饱和电流点,因为电感量下降了,电流上升变快了。极限情况电感量变为0了。这时电容C1直接被采样电阻R1短接,示波器曲线垂直X轴上升。转折点的选取根据个人对曲线什么时候开始变化来判断,从我测试的结果看,选择曲线有开始上升趋势的点就可以了,不用取在后面的明显转折处。饱和电流就是这个点的电压/采样电阻。上图的饱和电流就是0.456V/0.1Ω=4.56A.
5》拔掉J1跳线帽,电容C1再次通过R2充电,充电几秒后充电完成,可以进行下一次测试。
6》关于测试时电容C1电压变化:
上图可以看到电容电压降低了0.24V。代入上面的公式,重新计算电感量为:

L=(10V-0.456V-0.24V)*5.56us/4.56A=11.3Uh.相差不大,把电容加大容量,比如2200uF电容上面的压降会更小,可以忽略电容C1上的压降。
测试3个样品:
TDK的SLF12575T-220M4R,手册上电感量22uH,饱和电流4A,直流电阻26.3mΩ
顺络的SWPA8040S100MT。电感量10uH,饱和电流3.6A,直流电阻29mΩ

顺络的SWPA8040S102MT。电感量1000uH,饱和电流0.4A,直流电阻2.8Ω
测试波形:
22uH测试波形;L=(10-0.69)*15.6/6.9=21uH
10Uh测试波形;L=10-0.456*5.56/4.56=11.6uH
1000uH测试波形;L=10-0.0504*59.2/0.504=1169uH

关于饱和电流的说明:
TDK的手册上
可以看到4A时上图曲线还是没明显下降的,在6A时曲线下降很明显。

关于顺络的SWPA8040系列电感:
可以看到3.6A之前曲线是直的,之后开始下降,5A以后明显下降。
结论:
1》  本方案测试电感的电感量和LCR电桥的测试值差不多,饱和电流比手册上的饱和电流要大,测试得到的饱和电流基本上是手册上电流开始明显下降的值,因此饱和电流点还可以适当前移。

2》  饱和电流取样点的前移不影响电感量的计算(因为电感量是由曲线的斜率*电感两端的电压获得,斜率不变)
关键器件选型:
1C1可以取1000uF/16V以上电解电容。可以多个电容并联加大容量,这样电容的压降更小。
1》  R1需要使用低阻值,耐冲击的电阻,建议使用0.1R的电阻,2W以上。阻值大了采样电阻上的电压太大影响测试,小了示波器测量的电压小,精度差。功率小了或电阻不耐冲击测试的时候电阻会烧毁阻值不准。本实验使用0.1R/2512 /2W的贴片合金电阻。

测试实物:
可以使用手边的电阻,电容,洞洞板快速的搭建一个板。我的淘宝店也提供上面的器件散件https://shop238572251.taobao.com/。宝贝说明里面是这篇测试原理。



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阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

一只鸟敢站在脆弱的枝条上歇脚,它依仗的不是枝条不会断,而是自己有翅膀,会飞。

出0入0汤圆

发表于 2020-3-26 22:52:59 | 显示全部楼层
原来有个日本的爱好者设计过基于NE555的好像。

出0入0汤圆

发表于 2020-3-26 23:14:13 | 显示全部楼层
用lcr可以测

出0入0汤圆

发表于 2020-3-26 23:15:20 来自手机 | 显示全部楼层
可以试试

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 00:24:28 | 显示全部楼层
这个方法不错,设备和器件也都常用

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-3-27 06:45:54 来自手机 | 显示全部楼层
PCBBOY1991 发表于 2020-3-26 22:52
原来有个日本的爱好者设计过基于NE555的好像。

他那个是不是用555控制MOS开关的?我这个就简化为直接跳线帽人工短接了,器件很少。分分钟焊接一个就可以测试

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-3-27 06:50:45 来自手机 | 显示全部楼层
huangqi412 发表于 2020-3-26 23:14
用lcr可以测

普通LCR只能测试电感量和Q值,比如我买的一个lcr表。要测饱和电流要很高级的lcr了,很多人没有这么高级的lcr表。这个方法利用电感原理,除了电感量还可以测试饱和电流。示波器和稳压电源基本做硬件的自己都会买。

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 07:35:15 | 显示全部楼层
这个方法简单可行,准确度可以接受,是个好办法。

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 08:50:32 | 显示全部楼层
顶楼主,认真细致写地这么详细,真是受教了,确实是不错的方法,测电感饱和电流简单方便

出390入22汤圆

发表于 2020-3-27 09:29:16 | 显示全部楼层
原来电感饱和电流测试这么简单,也试一下

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 09:30:00 | 显示全部楼层
顶,楼主确实提供了一个简单方便的方法

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 09:42:37 | 显示全部楼层
收藏!!!!

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 09:56:38 | 显示全部楼层
这个不就是百度文库里那个方法吗

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 10:04:38 | 显示全部楼层
这方法确实简单实用,赞一个!

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-3-27 10:20:46 | 显示全部楼层
kydl2345 发表于 2020-3-27 09:56
这个不就是百度文库里那个方法吗

链接有吗,我去看下。
我上面的方法来源于之前看amo论坛上有人贴出国外一个使用MOS管控制电解电容充放电的方式外加示波器查看电感参数的帖子,原帖子我找不到了。
当时我也想按照帖子上写的硬件原理图做一个测试工具,但是人懒没动力,再后来我想集成到我的FF-BASIC-DEMO开发板中,因此测试了使用开发板上的MOS管开关电容充放电+示波器观察,测试得到最小电压5V,电解电容470uF就可以测试,电压高些,电容大些电压的波动小精度会更高。最后就简化为直接短接跳线帽的方式更简单可靠,主要器件就1个大电解,1个采样电阻就可以了,焊接是分分钟的事情。
前几天有人问如何测量6A,100uH的帖子,因此我整理了下,并且核对了电感量单位H的物理定义(最后竟然是在现代汉语字典上找到的定义,手上没物理课本,像百度百科里面对电感量的内容没有基本的物理定义)和饱和电流的定义(网上搜的,核对了TDK和顺络的手册里面定义)。之前我没有对原理做深入分析,这次把数据计算结果和H的定义结合了下,对比LCR表的测试结果误差还是很小的。加深了我对电感定义的认识。

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出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 10:30:28 | 显示全部楼层
测试方法很实用,非常好方便,谢谢!

出0入4汤圆

发表于 2020-3-27 10:40:04 | 显示全部楼层
以前用过下面的方法测电感,挺准的。

一个用信号发生器和示波器测量未知功率电感的简易方法

1. 把信号发生器 50 欧输出连接到示波器,输出正弦波。
2. 把信号发生器的输出信号调整到 20 kHz.
3. 信号发生器输出电压调到 1V pp.
4. 把待测电感并连到示波器上。此时会观察到示波器上的信号幅度会下降。
5. 现在只调整信号发生器的频率,同时观察示波器上的变化,直到幅度降到原来信号的一半 (0.5V pp).
6. 读现在的频率值并计算电感: L=4.57/f. L 单位 Henry, f 单位 Hz. 如果要 uH 则用 L=4570/f (此时频率单位用 kHz)

原理是信号发生器内部的 50 欧阻抗和外面的电感形成了一个分压器,然后用分压器原理来计算出了上面的公式,最后的网址上有计算过程。

作者提到: 这个方法仅用于测量低串联电阻的电感,并且范围是 10uH 到几百 uH.

后面一个英国网友改进了他的方法,先测量出直流电阻,修正了公式,这样电阻较大的电感也能测量了。

原文: https://www.dos4ever.com/inductor/inductor.html

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 11:07:33 | 显示全部楼层
hailing 发表于 2020-3-27 10:20
链接有吗,我去看下。
我上面的方法来源于之前看amo论坛上有人贴出国外一个使用MOS管控制电解电容充放电 ...


考虑到电感续流 它这个图更好些

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出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 11:18:31 | 显示全部楼层
真的要好好学习一些基本原理了

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-3-27 11:32:47 | 显示全部楼层
本帖最后由 hailing 于 2020-3-27 16:24 编辑
kydl2345 发表于 2020-3-27 11:07
考虑到电感续流 它这个图更好些


电感续流二极管要放在右边电感侧。另外实际上拔掉跳线帽时电感早已把电容中的电放完,电感中已经没有电流了,没续流一说。跳线帽插上的时候与一般按键比,基本上没什么抖动,从示波器测量的波形可以看出来。

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 11:35:45 | 显示全部楼层
资料很好,在详细消化中。

出0入42汤圆

发表于 2020-3-27 11:37:54 来自手机 | 显示全部楼层
楼主还是很能动手的,不错

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 13:02:02 | 显示全部楼层
感谢分享.记号下

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 13:27:20 | 显示全部楼层
学习了,楼主辛苦。

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 16:21:12 | 显示全部楼层
写得这么详细也得顶一个

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 16:36:36 | 显示全部楼层
这个方法不错,设备和器件也都常用+1

出0入135汤圆

发表于 2020-3-27 17:26:04 | 显示全部楼层
从您的帖子学到的不少干货,这么详尽严谨的测试方式受益匪浅,感谢分享!

出0入0汤圆

发表于 2020-3-27 17:48:36 | 显示全部楼层
方法挺好。

出0入21汤圆

发表于 2020-3-27 21:09:36 | 显示全部楼层
很有价值

出0入0汤圆

发表于 2020-3-28 14:02:08 | 显示全部楼层

这种也是用示波器,不过我感觉用uc3842可以大大简化这个电路。

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出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-3-28 15:00:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 hailing 于 2020-3-28 15:04 编辑
locky_z 发表于 2020-3-28 14:02
这种也是用示波器,不过我感觉用uc3842可以大大简化这个电路。


这个图是在不停的开关,然后做一个限流,限流电流到了就进行下一次开关。我上面的电路就利用电容中储存的电荷直接完成一次对电感的放电过程。要不停的开关电路上就会麻烦的多,需要控制+MOS开关,这个我之前也在我的FF-BASIC-DEMO板上测试过,最后还是觉得直接用插针短接简单。
两者对于电感量的计算是一致的,都是根据斜率*电感两端的电压获得。我上面的测试1000uH的电感量和LCR表测试结果相差很小,不止是图片中提到的200uH以内电感量限制。
补充下,看这个资料是很早以前的作品,那个时候的示波器是电子显像管的示波器,无法单次触发把图形保存下来展开来看,这样就导致必须要观察一个不断开关的波形才能出现稳定的观察波形,并且因为不能放大波形,所以对电感量大的电感不太容易展开观察到全貌。现在的数字示波器观察起来用单次触发后展开加X轴和Y轴标尺就轻松的获取了dv和dt,dv/R1就是di了。

出0入0汤圆

发表于 2020-3-28 15:27:20 | 显示全部楼层
数字示波器是一个门槛呀,能否有其他方式测量?
例如在被测电感上再绕几圈,作为次级,接在电感表上检测其电感,而原线圈,接一个直流可调恒流源(例如LM317做的),调节恒流源,直到电感表测到的电感明显降低,此时的恒流源电流能否作为饱和电流?

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-3-28 15:33:39 | 显示全部楼层
locky_z 发表于 2020-3-28 15:27
数字示波器是一个门槛呀,能否有其他方式测量?
例如在被测电感上再绕几圈,作为次级,接在电感表上检测其 ...

你是电子行业的前辈?
这个我没想到过。但是现在数字示波器真的是很普及了。我都买了2台了,10年前普元,鼎阳之类的就推出了1500元价位的示波器了。10年后入门示波器还是1000多的价格,算上物价上涨,1000多的示波器放现在真的是白菜。相反现在电感表都是很少见,不知道你说的电感表是否是指LCR电桥?

出25入0汤圆

发表于 2020-4-16 09:58:19 | 显示全部楼层
hailing 发表于 2020-3-28 15:33
你是电子行业的前辈?
这个我没想到过。但是现在数字示波器真的是很普及了。我都买了2台了,10年前普元, ...

能做成套件吗,不需要示波器等仪表.带个小的显示屏,把参数显示出来,这样就很方便了

出0入362汤圆

发表于 2020-4-16 10:11:05 | 显示全部楼层
zan
和elm-chan的思路差不多吧? http://elm-chan.org/works/lchk/report.html

出0入362汤圆

发表于 2020-4-16 10:20:39 | 显示全部楼层
hspydf 发表于 2020-4-16 09:58
能做成套件吗,不需要示波器等仪表.带个小的显示屏,把参数显示出来,这样就很方便了 ...

对,给曲线取一阶导数就更明显了,成台阶形状了。

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-4-16 10:21:07 | 显示全部楼层
hspydf 发表于 2020-4-16 09:58
能做成套件吗,不需要示波器等仪表.带个小的显示屏,把参数显示出来,这样就很方便了 ...

这种是基于测试充电曲线的方式,需要高速的ADC采样才行。根据我掌握的技术能力,现在我能想到的是使用STM32F3等单片机的5M速度ADC用拼接的方式做到10M以上的采集速度来采集一段波形,然后分析波形的斜率。其它的FPGA+高速ADC做示波器的方式我不会。

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-4-16 10:22:39 | 显示全部楼层
tomzbj 发表于 2020-4-16 10:11
zan
和elm-chan的思路差不多吧? http://elm-chan.org/works/lchk/report.html

是的,当时我看到的帖子介绍的电路就是这个elm-chan电路。

出0入362汤圆

发表于 2020-4-16 10:50:56 | 显示全部楼层
hailing 发表于 2020-4-16 10:21
这种是基于测试充电曲线的方式,需要高速的ADC采样才行。根据我掌握的技术能力,现在我能想到的是使用STM ...

stm32f303的5.14M ADC是12位的情况, 72M/(1.5+12.5) = 5.14M.
如果只用8位, 应该可以做到72M/(1.5+8.5)=7.2M了。用它的两个ADC交错采样应该还能再快点。或者稍微超点频。

采出来的数据可以用DMA双缓冲存到片外SRAM,片内的太小了。
有空了要试试。

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-5-7 15:38:05 | 显示全部楼层
今天直接把电感接成buck电路测试温升稳定下的最大输出电流的方式测电感的饱和电流。加大输出电流,通过测量电感上的温升不再上升的最大电流可以作为一个实际最大电流。超过这个电流电感量下降,电感发热严重,没有限流保护的话最后烧MOS管和电感。把电感接到原变压T2输入测。那么原来短接T2初级的绕组的跳线帽其中一根针脚就是buck电路经过同步整流后再经过2个10uF电容滤波输出。
把NTC放在电感上测量温度。电感输出接电子负载。打开口袋实验上位机查看温度和输出电压
=
不断加大电子负载的电流值,直到电感饱和后电流过大,过流指示灯亮起。上一次设置的电流值就是饱和电流。

上位机上显示:

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出0入0汤圆

发表于 2020-5-7 17:44:27 | 显示全部楼层
先收藏,暂时没用到

出0入0汤圆

发表于 2020-9-30 19:33:36 | 显示全部楼层
学习下,谢谢!

出0入4汤圆

发表于 2020-12-26 17:03:55 | 显示全部楼层
学习了 示波器测量电感量以及饱和电流

出0入0汤圆

发表于 2020-12-26 19:07:20 | 显示全部楼层
这个饱和电流我一直不知道是什么用的,我选择电感的时候都看这个电流比我工作的大一点就选了。还有这些电感的感值都是在什么频率下测得的,每个厂家是不是都基于比如200k测量。

出70入145汤圆

 楼主| 发表于 2020-12-26 20:38:04 | 显示全部楼层
coastline_1350 发表于 2020-12-26 19:07
这个饱和电流我一直不知道是什么用的,我选择电感的时候都看这个电流比我工作的大一点就选了。还有这些电感 ...

饱和电流会限制开关电源的输出最大电流,并且让电源效率降低不少。比如从90%的效率降低到80%,这10%的功耗很大部分让电感发热,电感发热后饱和电流进一步下降,发热更厉害。最好余量留多一些,需要考虑高温时电感的饱和电流会下降的。
厂家的测试频率我没研究,好像一般DCDC芯片100KHz到1MHz都有相应的电感量的电感可以选,所以没去太关注测试频率。

出0入135汤圆

发表于 2020-12-27 10:02:08 来自手机 | 显示全部楼层
太棒了,就喜欢这么剖析到本质的教学贴,楼主的几个帖子让我受益匪浅

出10入0汤圆

发表于 2022-2-24 10:47:57 来自手机 | 显示全部楼层
太赞了,受益匪浅

出0入4汤圆

发表于 2022-2-24 17:45:43 来自手机 | 显示全部楼层
nH级别的电感有什么好办法测?

出0入14汤圆

发表于 2022-3-30 23:21:55 | 显示全部楼层
请教一下,单端正激变压器测试时  变压器输入端电压30V 饱和电流120mA 用这些数据是否就能得出,交流220V 对应直流311V 此变压器最大瞬时能提供  311V*0.12=36W的结论

出215入169汤圆

发表于 2022-3-30 23:45:07 来自手机 | 显示全部楼层
lyjdddsg 发表于 2022-2-24 17:45
nH级别的电感有什么好办法测?
(引用自48楼)

焊接在sma端子上,用网分测s参数,再用公式推算出电感量

出215入169汤圆

发表于 2022-3-30 23:46:15 来自手机 | 显示全部楼层
coastline_1350 发表于 2020-12-26 19:07
这个饱和电流我一直不知道是什么用的,我选择电感的时候都看这个电流比我工作的大一点就选了。还有这些电感 ...
(引用自44楼)


饱和之后电感量会变少
要选择饱和电流大于峰值电流

出215入169汤圆

发表于 2022-3-30 23:50:07 来自手机 | 显示全部楼层
LCR很少有能用大电流偏置的。一般电感厂家用的饱和电流测试是用函数信号源产生方波,通过音频功放放大之后加在被测电感上,再用示波器测电感的电压电流波形,用示波器XY功能看B-H曲线。

出0入0汤圆

发表于 2022-3-31 09:31:23 | 显示全部楼层
这个用来测量 电机绕组的电感 是否可行?
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