जैसे-जैसे उच्च प्रदर्शन डीसी-डीसी कनवर्टर्स और एआई पावर मॉड्यूल्स में डीसीआर (DCR) की आवश्यकताएँ मिलिओह्म या यहाँ तक कि माइक्रोओह्म स्तर तक कम होती जा रही हैं, पारंपरिक दो-तार विधि से उत्पन्न त्रुटियाँ बहुत बड़ी हो जाती हैं, जिससे माप के लिए चार-तार (केल्विन) संबंधन विधि को अपनाना आवश्यक हो जाता है। कई इंजीनियर मानते हैं कि डीसीआर मापन सरल है और इसे केवल मल्टीमीटर या एलसीआर मीटर के परीक्षण लीड्स को किसी घटक पर क्लैंप करके किया जा सकता है। हालाँकि, वास्तविक उत्पादन में अक्सर निम्नलिखित समस्याएँ उत्पन्न होती हैं: एक ही इंडक्टर के लिए कई उपकरणों पर असंगत पठन, परीक्षण लीड्स पर दबाव के भिन्न होने के कारण डेटा में उतार-चढ़ाव, और कम प्रेरकत्व वाले इंडक्टर्स के लिए मापित डेटा में गंभीर रूप से वृद्धि। आइए नीचे इनके मूल कारणों की जाँच करें।
1- इंडक्टर के डीसीआर (डायरेक्ट करंट रेजिस्टेंस) के सार को समझना और मापन की कठिनाइयाँ
कोई इंडक्टर का डीसी प्रतिरोध (डीसीआर) उस शुद्ध प्रतिरोधी घटक को संदर्भित करता है जो डीसी उत्तेजना के अधीन इंडक्टर की वाइंडिंग द्वारा प्रस्तुत किया जाता है, जो इंडक्टर को वाइंड करने के लिए उपयोग की जाने वाली तांबे के तार के आंतरिक प्रतिरोध से उत्पन्न होता है। यह पैरामीटर सीधे शक्ति रूपांतरण दक्षता, ऊष्मा अपव्यय और शक्ति प्रणाली की दीर्घकालिक विश्वसनीयता को निर्धारित करता है।
डीसीआर को सटीक रूप से मापने में मुख्य तकनीकी कठिनाई यह है कि सामान्य इंडक्टर वाइंडिंग का डीसीआर आमतौर पर कुछ मिल्लीओम से कई सौ मिल्लीओम के बीच होता है। जब मापे जाने वाले प्रतिरोध का मान मिल्लीओम स्तर तक गिर जाता है, तो पारंपरिक दो-तार मापन विधि में परीक्षण लीड्स के स्वयं के प्रतिरोध (आमतौर पर 0.1Ω से 0.5Ω तक) और प्रोब संपर्क प्रतिरोध (कुछ मिल्लीओम से दसियों मिल्लीओम तक) परीक्षण के अधीन प्रतिरोध के समान ही कोटि के हो जाते हैं। इस प्रकार, मापा गया मान वास्तविक मान से गंभीर रूप से विचलित हो जाएगा।
2- केल्विन चार-तार पद्धति—लीड त्रुटियों को दूर करने का मौलिक समाधान
कम प्रतिरोध मापन के लिए मानक समाधान केल्विन चार-तार संबंधन है। यह तकनीक लॉर्ड विलियम थॉमसन केल्विन द्वारा १८६१ में आविष्कृत की गई थी और आज भी उच्च-परिशुद्धता वाले कम प्रतिरोध मापन के लिए मानक विधि बनी हुई है।
2.1 दो-तार पद्धति क्यों अव्यावहारिक है
एक सामान्य दो-तार मापन में, धारा उत्तेजना लूप और वोल्टेज संसूचन लूप एक ही तार जोड़ी को साझा करते हैं। मीटर द्वारा मापा गया प्रतिरोध मान है:
R_measured = R_DUT + 2 × (R_lead + R_contact)
जहाँ R_lead एकल परीक्षण तार का प्रतिरोध है (आमतौर पर कुछ मिलिओह्म से सैकड़ों ओह्म के परास में), और R_contact प्रोब और परीक्षण बिंदु के बीच संपर्क प्रतिरोध है (परास)। जब R_DUT केवल कुछ मिलिओह्म होता है, तो तार और संपर्क प्रतिरोधों द्वारा प्रविष्ट की गई त्रुटि वास्तविक मान के दसियों गुना तक हो सकती है।
2.2 केल्विन चार-तार विधि का मूल सिद्धांत
केल्विन चार-तार विधि इस समस्या का समाधान करती है जिसमें धारा पथ को वोल्टेज डिटेक्शन पथ से भौतिक रूप से अलग किया जाता है। चार तारों को दो जोड़ों में विभाजित किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक का एक विशिष्ट उद्देश्य होता है:
◾ फोर्स लाइनें (करंट उत्तेजना लाइनें, 2 तार): परीक्षणाधीन इंडक्टर पर एक ज्ञात, स्थिर डीसी करंट लगाएँ। इस करंट लूप में वोल्टेज ड्रॉप मौजूद हो सकते हैं, लेकिन लीड प्रतिरोध और संपर्क प्रतिरोध मापन के परिणामों की शुद्धता को प्रभावित नहीं करते हैं।
◾ सेंस लाइनें (वोल्टेज डिटेक्शन लाइनें, 2 तार): इंडक्टर के दोनों सिरों पर सत्य वोल्टेज ड्रॉप को स्वतंत्र रूप से मापें (परीक्षण फिक्सचर के टर्मिनल्स पर नहीं)। चूँकि वोल्टेज डिटेक्शन लूप की इनपुट प्रतिबाधा अत्यधिक उच्च होती है (आधुनिक परीक्षण उपकरणों में आमतौर पर >1 गीगा ओम), सेंस लाइनों में प्रवाहित होने वाली करंट लगभग शून्य के बराबर होती है। इस प्रकार, लीड प्रतिरोध और संपर्क प्रतिरोध सेंस लाइनों पर कोई महत्वपूर्ण वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न नहीं करते हैं।
ओम के नियम के अनुसार, इंडक्टर का डीसीआर निम्नलिखित सूत्र द्वारा गणना किया जा सकता है:
डीसीआर = वी_सेंस / आई_फोर्स
वी_सेंस इंडक्टर के सिरों पर सेंस लाइनों द्वारा सीधे मापा गया वोल्टेज है, जिसमें किसी भी लीड वोल्टेज ड्रॉप का समावेश नहीं होता है, और आई_फोर्स एक ज्ञात स्थिर धारा है; इन दोनों का भाग देने से सत्य डीसी प्रतिरोध मान प्राप्त होता है, जो बाह्य लूप में सभी संपर्क और लीड प्रतिरोधों से पूर्णतः स्वतंत्र होता है।
2.3 चार-तार मापन के सावधानियाँ
◾ स्वतंत्र संपर्क : चारों तारों को इंडक्टर के दोनों इलेक्ट्रोडों पर चार अलग-अलग बिंदुओं के साथ अलग-अलग संपर्क करना आवश्यक है। वास्तविक फिक्सचर में, प्रत्येक इलेक्ट्रोड को दो प्रोब एक साथ (फोर्स + सेंस) द्वारा संपर्क करते हैं, लेकिन फिक्सचर के अंदर ये दोनों आपस में जुड़े नहीं होते हैं; वे केवल संपर्क पैड पर मिलते हैं।
◾ प्रोब की सफाई: पैड ऑक्सीकरण या अवशिष्ट फ्लक्स अस्थिर संपर्क प्रतिरोध उत्पन्न कर सकता है। यद्यपि इससे सेंस लाइन्स पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, यह धारा लूप में अस्थिरता उत्पन्न कर सकता है या निरंतर धारा स्रोत को संतृप्त कर सकता है। मापन से पहले, पैड को निर्जल एल्कोहॉल से साफ़ करें या उन्हें धीरे से रबर से पोंछें।
3- परीक्षण डेटा की तुलनात्मक सत्यापन
CODACA की आधिकारिक वेबसाइट से AI अनुप्रयोगों के लिए मॉल्डिंग पावर चोक को उदाहरण के रूप में लेते हुए, मॉडल CSHN100760-56NN का चयन बाज़ार में तीन सामान्य उपकरणों का उपयोग करके तुलनात्मक परीक्षण के लिए किया गया: डीसी प्रतिरोध परीक्षक, मल्टीमीटर और एलसीआर ब्रिज।
चित्र 1. मॉल्डिंग पावर चोक CSHN100760-56NN के विद्युत अभिलक्षण
चित्र 2. डीसी प्रतिरोध परीक्षक (केल्विन चार-तार विधि): डीसीआर परीक्षण क्षेत्र
चित्र 3. मल्टीमीटर (दो-तार विधि)
चित्र 4. एलसीआर ब्रिज (फिक्सचर परीक्षण): एलसीआर परीक्षण क्षेत्र
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, CSHN100760-56NN के विनिर्देश पत्रक में DCR को 0.22 मिलीओम अधिकतम के रूप में परिभाषित किया गया है। DC प्रतिरोध परीक्षक (केल्विन चार-तार विधि) का उपयोग करके प्राप्त परीक्षण परिणाम 0.196 मिलीओम है, जो विनिर्देश पत्रक की आवश्यकताओं को पूरा करता है, और वास्तविक मापन परिणाम चित्र 2 में दिखाया गया है। जब सामान्य मल्टीमीटर (दो-तार विधि) का उपयोग किया जाता है और इसकी सीमा को मूल प्रतिरोध मापन सीमा 200 ओम पर समायोजित किया जाता है, जो 0.1 ओम का रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है, तो परीक्षण परिणाम 600 मिलीओम होता है, जो विनिर्देश आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। जब LCR ब्रिज (फिक्सचर परीक्षण) का उपयोग किया जाता है और इसे DCR सीमा पर समायोजित करके शून्य सुधार किया जाता है, तो परीक्षण परिणाम 0.387 मिलीओम होता है, जो लक्ष्य मान के करीब है लेकिन फिर भी विनिर्देश आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है।
इस प्रकार, चुंबकीय घटकों जैसे इंडक्टर्स पर DCR परीक्षण करते समय परीक्षण परिणामों की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए एक समर्पित DC प्रतिरोध परीक्षक (केल्विन चार-तार विधि) का उपयोग करना वरीयता के अनुसार है।
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