EN
Швидкі посилання
Оскільки вимоги до DCR у високопродуктивних конвертерах ПВК-ПВК та модулях електроенергії AI продовжують знижуватися до рівня мільйонаом або навіть мікроом, традиційний метод з двома дротами вводить помилки, які занадто великі, що робить необхідним прийняття методу з чотирьох дротів (Келвіна) для ви Багато інженерів вважають, що вимірювання DCR є простим, думаючи, що це можна зробити, просто запрямуючи компонент провідниками мультиметра або LCR-мітра. Однак у реальному виробництві часто виникають проблеми, такі як: невідповідні відчитування на декількох приладах для одного і того ж індуктора, коливання даних через різний тиск на провідники випробування та сильно роздуті дані вимірювання для індукторів з низькою індуктивностю. Давайте розглянемо нижче основні причини.
1. Розуміння сутності постійного опору індуктора (DCR) та складнощів його вимірювання
Постійний струм (DCR) індуктивності — це чисто резистивна складова, яку демонструє обмотка індуктивності під впливом постійного струму, і вона зумовлена внутрішнім опором мідного дроту, з якого виконана обмотка індуктивності. Цей параметр безпосередньо визначає ефективність перетворення енергії, тепло-відведення та довготривалу надійність енергосистеми.
Основна технічна складність точного вимірювання DCR полягає в тому, що DCR типових обмоток індуктивностей зазвичай становить від кількох міліом до кількох сотень міліом. Коли опір, що підлягає вимірюванню, знижується до рівня міліом, опір вимірювальних проводів (зазвичай 0,1 Ом–0,5 Ом) та контактний опір щупів (кілька міліом до десятків міліом) у традиційному двопровідному методі вимірювання вже мають те саме порядкове значення, що й вимірюваний опір. Внаслідок цього виміряне значення суттєво відрізнятиметься від справжнього.
2. Чотирипровідний метод Кельвіна — фундаментальне рішення для усунення похибок, пов’язаних із проводами
Стандартним рішенням для вимірювання низьких опорів є чотирипровідне з’єднання Кельвіна. Цей метод було винайдено лордом Вільямом Томсоном Кельвіном у 1861 році й досі залишається еталонним методом для точного вимірювання низьких опорів.
2.1 Чому двопровідний метод є непридатним
У типовому двопровідному вимірюванні контур подачі струму та контур вимірювання напруги спільно використовують одну й ту саму пару проводів. Значення опору, виміряне мультиметром, обчислюється за формулою:
R_виміряно = R_ДУТ + 2 × (R_провода + R_контакту)
Де R_провода — опір одного випробного проводу (зазвичай у діапазоні від кількох міліомів до сотень омів), а R_контакту — контактний опір між пробником та точкою вимірювання (діапазон). Коли R_ДУТ становить лише кілька міліомів, похибка, спричинена опорами проводів та контактів, може перевищувати справжнє значення в десятки разів.
2.2 Основний принцип чотирипровідного методу Кельвіна
Метод Кельвіна з чотирма проводами вирішує цю проблему шляхом фізичного розділення шляху струму від шляху вимірювання напруги. Чотири проводи поділені на дві пари, кожна з яких виконує окрему функцію:
◾ Силові лінії (лінії струмового збудження, 2 проводи): Подають відомий постійний струм на індуктор, що підлягає випробуванню. На цьому струмовому контурі можуть виникати спади напруги, проте опір проводів і контактний опір не впливають на точність результатів вимірювання.
◾ Лінії вимірювання напруги (лінії виявлення напруги, 2 проводи): Незалежно вимірюють справжній спад напруги на кінцях індуктора (а не на клемах випробувального пристрою). Оскільки вхідний опір контуру вимірювання напруги дуже високий (у сучасних випробувальних приладах зазвичай > 1 ГОм), струм, що проходить через лінії виявлення, наближається до нуля. Отже, опір проводів і контактний опір практично не створюють жодного помітного спаду напруги на лініях виявлення.
Згідно із законом Ома, DCR індуктивного елемента можна розрахувати за такою формулою:
DCR = V_Sense / I_Force
V_Sense — це напруга на індуктивному елементі, яку безпосередньо вимірюють лінії вимірювання (Sense), не враховуючи падіння напруги на проводах з’єднання; I_Force — це відомий постійний струм. Ділення цих двох величин дає справжнє значення постійного опору, яке повністю незалежне від усіх контактних та провідникових опорів у зовнішньому колі.
2.3 Попередження щодо чотирьохпровідного вимірювання
◾ Незалежний Контакт : Чотири проводи мають окремо контактувати чотири різні точки на двох електродах індуктивного елемента. У реальних пристроях кожен електрод одночасно торкається двох пробників (Force + Sense), але всередині пристрою ці два пробники не з’єднані; вони з’єднуються лише в точці контакту з контактною площадкою.
◾ Чистота щупів: окислення подушок або залишки флюсу можуть призводити до нестабільного опору контакту. Хоча це не впливає на лінії вимірювання напруги (Sense), це може спричинити нестабільність у струмовому контурі або насичення джерела постійного струму. Перед вимірюванням очистіть подушки безводним спиртом або обережно протріть їх гумкою.
3 – Порівняльна перевірка тестових даних
Як приклад розглянемо формований живильний дросель для систем штучного інтелекту з офіційного веб-сайту компанії CODACA. Для порівняльного тестування було обрано модель CSHN100760-56NN та використано три поширені на ринку прилади: тестер постійного струму, мультиметр та мостовий LCR-аналізатор.
Рисунок 1. Електричні характеристики формованого живильного дроселя CSHN100760-56NN
Рисунок 2. Тестер постійного струму (чотирипровідний метод Кельвіна): зона вимірювання DCR
Рисунок 3. Мультиметр (двопровідний метод)
Рисунок 4. Мостовий LCR-аналізатор (тестування в пристосуванні): зона LCR-вимірювання
Як показано на рисунку 1, у технічному описі компонента CSHN100760-56NN вказано, що максимальне значення постійного опору (DCR) становить 0,22 мОм. Результат вимірювання за допомогою тестера постійного опору (чотирипровідний метод Кельвіна) — 0,196 мОм, що відповідає вимогам технічного опису; фактичний результат вимірювання наведено на рисунку 2. При використанні звичайного мультиметра (двопровідний метод) із встановленим діапазоном вимірювання опору 200 Ом, який забезпечує роздільну здатність 0,1 Ом, отриманий результат — 600 мОм, що не відповідає вимогам технічного опису, як показано на рисунку 3. При використанні LCR-моста (тестування в пристосуванні) із встановленим діапазоном вимірювання DCR та попередньою корекцією нуля результат становить 0,387 мОм — значення ближче до цільового, але все ще не відповідає вимогам технічного опису.
Отже, для забезпечення точності результатів вимірювань при визначенні постійного опору (DCR) магнітних компонентів, таких як індуктивності, рекомендується використовувати спеціалізований тестер постійного опору (чотирипровідний метод Кельвіна).