EN
Hızlı Bağlantılar
Yüksek performanslı DC-DC dönüştürücülerde ve AI güç modüllerinde DCR (Doğrudan Akım Direnci) için gereken değerler miliohm veya hatta mikroohm seviyesine kadar düşmeye devam ederken, geleneksel iki telli ölçüm yöntemi çok büyük hatalara neden olur; bu nedenle ölçüm için dört telli (Kelvin) bağlantı yöntemi benimsenmesi gerekir. Birçok mühendis, DCR ölçümünün basit olduğunu düşünür ve bunun bir multimetre veya LCR metre test uçlarıyla bileşeni sadece sıkıştırarak yapılabileceğini sanır. Ancak gerçek üretim ortamında sıkça şu sorunlarla karşılaşılır: Aynı endüktans için farklı ölçüm cihazlarından tutarsız okumalar, test uçlarına uygulanan baskının değişmesi nedeniyle verilerde dalgalanmalar ve düşük endüktanslı endüktanslarda ölçülen değerlerin aşırı derecede şişmesi. Altta bu sorunların temel nedenlerini inceleyelim.
1- Endüktans DCR'sinin Özünü Anlamak ve Ölçüm Zorlukları
Bir bobinin doğru akım direnci (DCR), bobinin sargıları tarafından doğru akım uyarımı altında gösterilen saf direnç bileşenidir ve bu, bobinin sarımı için kullanılan bakır telin iç direncinden kaynaklanır. Bu parametre, güç dönüştürme verimini, ısı dağıtımını ve güç sisteminin uzun vadeli güvenilirliğini doğrudan belirler.
DCR değerini doğru bir şekilde ölçmedeki temel teknik zorluk, yaygın bobin sargılarının DCR değerlerinin genellikle birkaç miliohm ile birkaç yüz miliohm arasında olmasıdır. Ölçülmek istenen direnç miliohm seviyesine düştüğünde, geleneksel iki telli ölçüm yönteminde kullanılan test kablolarının kendisinin direnci (genellikle 0,1 Ω–0,5 Ω) ile prob temas direnci (birkaç miliohm ile onlarca miliohm arasında) ölçülmek istenen dirençle aynı büyüklük mertebesindedir. Sonuç olarak, ölçülen değer gerçek değerden ciddi şekilde sapar.
2- Kelvin Dört Tel Yöntemi—Kablo Hatalarını Ortadan Kaldırmaya Yönelik Temel Çözüm
Düşük direnç ölçümü için standart çözüm, Kelvin Dört Tel Bağlantısı yöntemidir. Bu teknik, 1861 yılında Lord William Thomson Kelvin tarafından icat edilmiştir ve günümüzde hâlâ hassas düşük direnç ölçümleri için referans yöntem olarak kullanılmaktadır.
2.1 Neden İki Tel Yöntemi Uygulanamaz?
Yaygın iki tel ölçümünde, akım uygulama döngüsü ile gerilim algılama döngüsü aynı kablo çiftini paylaşır. Metre tarafından ölçülen direnç değeri şöyledir:
R_ölçülen = R_TEST + 2 × (R_kablo + R_temas)
Burada R_kablo, tek bir ölçüm kablosunun direncidir (genellikle birkaç miliohm ile yüzlerce miliohm aralığında) ve R_temas, prob ile ölçüm noktası arasındaki temas direncidir (miliohm mertebesinde). R_TEST yalnızca birkaç miliohm olduğunda, kablo ve temas dirençlerinden kaynaklanan hata gerçek değerin onlarca katına kadar ulaşabilir.
2.2 Kelvin Dört Tel Yönteminin Temel İlkesi
Kelvin dört telli yöntemi, bu sorunu akım yolunu gerilim ölçüm yoluyla fiziksel olarak ayırarak çözer. Dört tel iki çift halinde gruplanır ve her bir çift ayrı bir işlev görür:
◾ Kuvvet Hatları (Akım Uyarım Hatları, 2 tel): Test edilen endüktansa bilinen, sabit bir DC akımı uygulayın. Bu akım döngüsünde gerilim düşüşleri oluşabilir; ancak kablo direnci ve temas direnci ölçüm sonuçlarının doğruluğunu etkilemez.
◾ Algılama Hatları (Gerilim Tespiti Hatları, 2 tel): Endüktansın her iki ucundaki gerçek gerilim düşüşünü (test aparatının uçlarında değil) bağımsız olarak ölçün. Gerilim tespiti döngüsünün giriş empedansı çok yüksektir (modern test cihazlarında genellikle >1 GΩ); bu nedenle algılama hatlarından geçen akım sıfıra yaklaşır. Böylece kablo direnci ve temas direnci algılama hatlarında önemli bir gerilim düşüşüne neden olmaz.
Ohm Kanunu’na göre, endüktansın DCR’si aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
DCR = V_Sense / I_Force
V_Sense, Sense hatları ile doğrudan ölçülen endüktans üzerindeki gerilimdir ve herhangi bir bağlantı hattı gerilim düşümünü içermeyen değerdir; I_Force ise bilinen sabit bir akımdır. Bu iki değerin bölümü, dış döngüdeki tüm temas ve bağlantı dirençlerinden tamamen bağımsız olan gerçek doğru akım direnci değerini verir.
2.3 Dört Tel Ölçümüne İlişkin Önlemler
◾ Bağımsız İletişim : Dört tel, endüktansın iki elektrodundaki dört ayrı noktaya ayrı ayrı temas etmelidir. Gerçek sabitleme düzeneklerinde her bir elektroda iki prob aynı anda (Force + Sense) temas eder; ancak bu iki prob sabitleme düzeninin içinde birbirine bağlı değildir; yalnızca temas yastığı üzerinde birleşir.
◾ Probun Temizliği: Padda oluşan oksit tabakası veya kalan lehim pastası, kararsız temas direncine neden olabilir. Bu durum, Sense hatlarını etkilemese de akım döngüsünde kararsızlık yaratabilir veya sabit akım kaynağını doyurabilir. Ölçüm öncesinde paddları anhidro alkol ile temizleyin ya da bir silgiyle hafifçe silin.
3- Test Verilerinin Karşılaştırmalı Doğrulanması
CODACA resmi web sitesinden yapay zekâ uygulamaları için kullanılan Kalıp Güç Sargısı örneği alınarak, piyasada yaygın olarak kullanılan üç farklı cihazla karşılaştırmalı test amacıyla CSHN100760-56NN modeli seçildi: DC direnç ölçer, çok fonksiyonlu ölçü aleti (multimeter) ve LCR köprüsü.
Şekil 1. Kalıp Güç Sargısı CSHN100760-56NN Elektriksel Özellikleri
Şekil 2. DC Direnç Ölçer (Kelvin Dört-Telli Yöntem): DCR Test Alanı
Şekil 3. Çok Fonksiyonlu Ölçü Aleti (İki-Telli Yöntem)
Şekil 4. LCR Köprüsü (Sabitleme Parçası ile Test): LCR Test Alanı
Şekil 1’de gösterildiği gibi, CSHN100760-56NN ürününün teknik özellikler tablosunda DCR değeri 0,22 mΩ maks. olarak belirtilmiştir. DC direnç ölçer (Kelvin dört uçlu yöntemi) kullanılarak yapılan test sonucu 0,196 mΩ’dur; bu değer teknik özellikler tablosundaki gereksinimleri karşılamaktadır ve gerçek ölçüm sonucu Şekil 2’de gösterilmiştir. Genel amaçlı bir multimetre (iki uçlu yöntem) kullanıldığında, ölçüm aralığı temel direnç ölçüm aralığı olan 200 Ω’a ayarlandığında çözünürlük 0,1 Ω olur ve test sonucu 600 mΩ olarak elde edilir; bu değer teknik özellikler tablosundaki gereksinimleri karşılamaz ve sonuç Şekil 3’te gösterilmiştir. LCR köprüsü (sabit bağlantı ile test) kullanıldığında, DCR aralığına ayarlanıp sıfır düzeltmesi yapıldıktan sonra test sonucu 0,387 mΩ olur; bu değer hedef değere daha yakındır ancak yine de teknik özellikler tablosundaki gereksinimleri karşılamaz.
Sonuç olarak, test sonuçlarının doğruluğunu sağlamak amacıyla indüktör gibi manyetik bileşenler üzerinde DCR testleri gerçekleştirirken özel bir DC direnç ölçer (Kelvin dört uçlu yöntemi) kullanılması tercih edilmelidir.