电感测量需要考虑的几个问题

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电感测量需要考虑的几个基本问题



　　开关电源以及通信业的最新发展对电感器提出了高频特性和低损耗的要求，鉴于这种要求的提出，电感器的测试过程也转向了更高频率的领域
　　描述一个电感器有几个参数，最常用的测量参数是电感值（L）和品质因数（Q），此外直流电阻（DCR）也是一个很有用的参数。

　　电感器是一种绕线式的导体，是一种在磁场中储存能量的器件（与此相对，电容是在电场中储存能量的器件）。电感器包括有一个内芯以及一组绕在内芯上的绕组。由于空气可以看作是恒定不变的，因此它是一种最简单的内芯材料，但是从实际效率来看，磁性材料如金属铁和铁氧体则更为常用。电感器的内芯材料，内芯长度和绕线匝数直接影响着电感器的载流能力。

　　串连方式和并联方式都可用来进行电感值的测量：对于大电感值的情形，给定频率下的电抗相对大一些，所以并联阻抗比串连阻抗更为显著，因而应采用并联等效电路来评测一个大电感。

　　相反，对于低电感值的情形，电抗值较小，因而串连阻抗比并联阻抗更为明显，这样串连等效电路是一个较好的测量方式。对于非常小电感值的情况，频率越高测量精度越好。

实际电感值的测量

　　电感值的大小是任何一个线圈的基本电特性，它取决于线圈绕线的匝数，线圈的直径，线圈的长度以及内芯的特性。

　　从定义上来看，电感值是整个磁通链（∧）与流过电感或线圈电流（I）的比值。磁通链大小取决于媒质（内芯材料）磁导率（μ）的大小，也就是说电感值大小与磁导率成正比。

　　磁导率是描述某种材料磁场特性的一种度量参数，它反映了该材料能够被磁场穿透的程度，对铁氧体介质而言，它不是一个常数，它随材料的组成成分和磁通量密度而变化：

　材料本身不变化，可是磁通量密度则依流过线圈电流的不同而变化（见下图）。

图：电感器的内芯材料，内芯片度以及绕线匝数直接影响着感器的载流能力。

品质因数
　　品质因数是电抗与阻抗的比值，所以是一个无量纲参数，它是衡量一个电感有多"纯"或有多"真"的参量（也就是说，它反映了电感器具有多少比例的纯电抗）。

　　电感的Q值越高，它的损耗就越小。耗散因数（D）定义为1/Q，它反映了元件的总损耗。线圈的D受到铜材料损耗、涡流损耗和磁滞损耗的共同影响。

采用直流偏置

　　为了能精确测出电感值的大小，电感器必须在实际条件下进行测试，也就是说线圈中应有电流流过。标准的LCR测量仪用的是交流源，电流较小，并不适合用来测量电源中使用的那类大电流电感器。

　　实际进行电感测量时并不需要采用交流大电流源，只需要用一个直流与交流的复合源就行了。直流偏置可以产生一个使电感偏离正常工作状态的测试条件，所以用普通的LCR测量仪就可以进行电感测量。

直流电阻测量

　　测量线圈绕线的直流电阻（DCR）或绕线电阻值可以确定绕线线径是否合适、绕线张力的大小以及在加工生产过程的连接方式。绕线电抗的大小与电流变化的频率成正比，这就是为什么要测量直流电阻而不是交流阻抗。在低频条件下，绕线的直流电阻就相当于绕线的铜芯损耗，知道了铜芯损耗的多少就可以更精确估计出被测元件的D值。

电压变化

　　由于加在电感器上的电压随阻抗而变化，而电感器的阻抗又随着电流而变化。而一般的LCR测量仪设计用于测量容性和阻性元件，当用于测量电感元件时，可能会引起电感值偏差。这种偏差的产生是由于加在电感器上的电压不能保持恒定不变而引起的。采用电压电平电路可以监测电感上电压的变化，因而去连续调节可编程电压源。

恒定不变的电源

　　如果流过电感器的电流不能保持恒定不变，那么被测电感器的电感值也会变化，变化值的大小通常是LCR测量仪开路可编程测试电压的函数。

　　LCR测量仪中的可编程电压是在开路条件下得到的，当测量仪内阻（RS）与交流输出串连起来时，通过内阻后电压会有所下降。当被测试元件连到测量仪之后，加在被测元件上的电压大小取决于RS的大小和被测器件的阻抗大小。测量仪的内阻一般在5Ω～100kΩ之间。

损耗总述

　　铜芯损耗在低频条件下相当于绕线的直流电阻，它与电流变化的频率正好成反比，采用DCR测量方法的电感分析仪可以测量铜芯损耗。

　　铁和铜导体中的涡流损耗是因为流过铜芯中的电流转化成热量而形成的，它与频率成正比。
　　磁滞损耗的大小与滞后回线所包围面积的大小成正比，与该回路被横截的次数（频率）也成正比。它随信号幅值而变化（并不直接相关），随频率增加而增加。但是与信号幅值的数值关系并不很显著，已知某个信号电平并不能直接得到损耗大小。

[ 本帖最后由 ltw369258 于 2007-6-12 21:56 编辑 ]

ltw369258

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