Для индивидуального проектирования трансформаторов требуется мощный LCR-мост

Измерительная задача

Влияние индуктивности рассеяния от трансформаторов в импульсных источниках питания зависит от различных факторов. Увеличение индуктивности намагничивания трансформатора приводит к росту индуктивности рассеяния, особенно в том случае, если требуется изоляция между первичной и вторичной обмотками. Прежде всего на высоких частотах переключения преобразователя индуктивность рассеяния может стать причиной потерь мощности и оказывать влияние на излучаемые электромагнитные помехи.

Если трансформатор работает в обратноходовом преобразователе, основной коммутационный элемент преобразователя чувствительно реагирует на скачки обратного напряжения вследствие индуктивности рассеяния при выключении управляющего транзистора. Ввиду сохраняемой в индуктивности рассеяния энергии требуются демпфирующие цепи для ограничения напряжения в коммутационных элементах. На этапе проектирования очень важно обеспечить точное измерение индуктивности рассеяния на первичной обмотке трансформатора, чтобы оптимально рассчитать параметры демпфирующих цепей. За счет этого не только достигается достаточная защита основного коммутационного элемента, но также снижаются потери и электромагнитные помехи.

Наряду с индуктивностью рассеяния важное значение имеют такие параметры, как индуктивность намагничивания, межвитковая емкость и сопротивление обмотки. От них зависит качество проектируемых изделий.

В целях ускорения проектирования можно создать точную имитационную модель на основе измеренных паразитных значений трансформатора.

Решение компании Rohde & Schwarz

LCR-метр R&S®LCX позволяет точно измерять все важные параметры трансформатора. Для измерений индуктивности трансформатора требуется синусоидальное напряжение с подходящей частотой. Требуемая частота измерений определяется на основе частоты переключения преобразователя. LCR-метр подает сигнал переменного тока при разомкнутой вторичной обмотке. Таким образом измеряется индуктивность первичной обмотки L_Total.

В измеренном значении суммируются индуктивность намагничивания L_M и индуктивность рассеяния L_L. Индуктивность первичной обмотки трансформатора зависит от проницаемости сердечника и количества витков обмотки. Медные обмотки образуют последовательное сопротивление R_S. Это значение можно измерять путем подачи сигнала переменного тока или только при постоянном напряжении. На его основе можно рассчитать потери в медных обмотках.

Индуктивность рассеяния зависит от конструкции трансформатора, поэтому невозможно ее прямое измерение. Приемлемый метод измерения индуктивности рассеяния должен вычитать индуктивность намагничивания из индуктивности первичной обмотки. Для этого можно использовать короткое замыкание выводов вторичной обмотки. Короткое замыкание приводит к нулевому напряжению на выходных выводах и нулевому напряжению для индуктивности намагничивания в первичной обмотке. В результате индуктивность, измеряемая на выводах первичной обмотки, является индуктивностью рассеяния.

Пример применения

Индивидуально спроектированный трансформатор для измерения требуемых параметров встраивается в обратноходовой автономный силовой преобразователь с выходным напряжением 5 В при 2 А.

Измерительные задачи

• Выполнение компенсации (измерение с разомкнутым контуром или коротким замыканием без испытуемого устройства)
  • В целях компенсации остаточных параметров, например, кабелей
• Задание требуемой рабочей частоты и подходящего уровня испытания под напряжением
  
• Выбор требуемого режима импеданса (низкий или высокий импеданс)
  • В целях достижения наивысшей точности
• Выбор подходящего рабочего диапазона и правильной конфигурации параметров (L_s, R_s/L_s и R_DC), подключение испытуемого устройства и запуск измерения

На представленном ниже снимке экрана отображается индуктивность первичной обмотки 745,3 мкГн, что соответствует техническим данным.

Контрольно-измерительное решение

Также отображается последовательное сопротивление 1,283 Ом. Сопротивление по постоянному току, как правило, указывается в технических данных трансформатора и измеряется при постоянном напряжении. Для его измерения также можно использовать LCR-метр, в котором следует выбрать параметр R_DC. Измеренное сопротивление по постоянному току составляет ок. 1,41 Ом.

На представленном ниже снимке экрана отображается индуктивность рассеяния ок. 6,08 мкГн, что также соответствует техническим данным. После измерения индуктивности рассеяния можно рассчитать индуктивность намагничивания.

L_M = L_Total − L_L = 745,26 мкГн – 6,08 мкГн= 739,2 мкГн

Заключение

Благодаря своей высокой функциональности и точности LCR-метр R&S®LCX оказывает существенную поддержку на этапе проектирования трансформаторов для различных импульсных преобразователей. В большинстве преобразователей требуется ограничение индуктивности рассеяния независимо от вывода энергии рассеяния через демпфирующую цепь или ее повторного использования для коммутации нулевого напряжения в резонансных преобразователях. Возможности измерения различных паразитных значений трансформатора позволяют создать очень точную имитационную модель. В производственной линии измерение индуктивности рассеяния способствует повышению качества индивидуально проектируемых трансформаторов для входного контроля.