摘要：傳統(tǒng)的LCR電橋+偏流源的大功率電感的測試方法已經(jīng)不能滿足電力電子領(lǐng)域超大電流電感的測試，因此本文提出了一種基于測量電流變化率di/dt的測試方法。在針對這兩種測試方法的理論分析基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種實現(xiàn)di/dt法的軟硬件電路，并開發(fā)了一套完整的產(chǎn)品。對某大功率電感進行測試對比的結(jié)果表明， di/dt法和LCR電橋+偏流源方法是一致的。

關(guān)鍵詞：電感量測量；大偏置電流；di/dt測試法。

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引言

目前對于電感的測試，有LCR電橋法、直流脈動法（3）、交流激勵測試法（5）、開關(guān)式電感測量法（6）。目前常用的是數(shù)字化LCR電橋，其原理是在被測的電感上加一個高頻電壓信號，通過電橋的自動平衡原理，測量電感的各種參數(shù)， 如電感量，品質(zhì)因數(shù)等。由于測量的電壓是一個不超過10V的小電壓，流過電感的電流也是一個幾十毫安級的小電流，所以LCR電橋測到的是小信號下的電感參數(shù)。這個方法適合對小信號模擬電路上的電感元件的測量。

*電感是一個非線性化的元件，電感參數(shù)和流過的電流引起的電感的磁性材料的磁化狀態(tài)有很大的關(guān)系。對大功率電感，目前采用的主要是LCR電橋+偏流源測試方法，該方法的本質(zhì)是在一個恒定的直流電流上疊加一個高頻小信號去測量電感。這種傳統(tǒng)LCR電橋+偏流源的測試系統(tǒng)，不但價格昂貴，體積龐大，操作復(fù)雜， 而且大測試電流只能在200A以內(nèi)，已經(jīng)遠遠跟不上電力電子新產(chǎn)品的發(fā)展。

隨著大功率電力電子和新能源產(chǎn)品的高速發(fā)展，功率電感的電流定額也日益增長，目前已經(jīng)有超過1000A電流的功率電感的需求。工程師關(guān)心的是功率電感在大電流下的電感量衰減是否滿足設(shè)計要求、功率電感是否飽和以及飽和的程度如何。大電流功率電感的測量對設(shè)計一個高可靠性低成本的電力電子和新能源產(chǎn)品至關(guān)重要（4）。針對這種情況，本文提出一種基于測量電流變化率di /dt 的大功率電感測試方法。

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di/dt法的基本原理

      di/dt法的基本原理是對電感器件施加恒定的直流脈沖電壓，通過測量電感di/dt的變化， 計算出對應(yīng)電感量和其他參數(shù)（1）（3）。

基本公式如下：

U=Ldi/dt（1）

圖1是電感的直流磁鏈對電流的曲線。I_A是電感工作點偏置電流，I_B是電流達到預(yù)設(shè)的停止測試的大電流點。工作點A在磁化曲線上變化，割線電感L_sec和增量電感L_inc都將產(chǎn)生相應(yīng)的改變。

圖 1 割線電感L_sec和增量電感L_inc

di/dt法是對直流磁鏈曲線切線計算增量電感(1)(2)，我們定義增量電感(動態(tài)電感或小信號電感）L_inc如下

L_inc=△ΨmA/△IA

LCR電橋+偏流源測試方法是對直流磁化曲線上疊加的一個交流小磁滯回環(huán)測量增量電感，如圖2所示。

圖 2 LCR電橋+偏流源測試方法的交流磁滯回環(huán)和增量電感

LCR電橋所得到△Ψ_mA和△I_A分別對應(yīng)的是磁鏈變化的峰值和電流變化的峰值。兩個頂點拉的一條直線和直流磁鏈曲線切線的物理意義相同，理論上是平行的。LCR電橋所得到的交流磁滯回環(huán)是極小的，所以LCR電橋所測的增量電感值和磁鏈曲線切線計算的增量電感是很接近的。

電力電子領(lǐng)域的濾波電感的工作狀態(tài)正是一個直流偏置電流上疊加一個交流磁化曲線，增量電感才是用戶關(guān)心的物理量。

另外割線電感或大信號電感L_sec定義如下。這個物理量是LCR電橋無法測量的。

Lsec=ΨmA/IA（3）

圖3 di/dt法基本原理框圖

如圖3所示的是di/dt法基本原理框圖。系統(tǒng)由一個可調(diào)的電壓源對儲能電容進行充電，當充電到預(yù)設(shè)的電壓后停止。控制電路發(fā)出一個導(dǎo)通脈沖到大功率電子開關(guān)T1，使得儲能電容C1、C2、C3對被測電感施加一個脈沖電壓。當超過大電流限值I_B時則切斷脈沖電壓。

AD采集卡對被測電感元件上的電壓U和電流I進行精密的高速AD采樣，我們可以獲得相應(yīng)的電壓電流數(shù)據(jù)。把這組數(shù)據(jù)進行計算，就可以獲得對應(yīng)的電感參數(shù)：增量電感、正割電感、磁鏈和磁共能?？梢缘玫皆隽侩姼幸约罢铍姼袑﹄娏鞯碾姼星€，既可以作為電流的函數(shù)，也可以作為施加的電壓—時間積分的函數(shù)。

這種測量方法相比于偏流源法的優(yōu)點是很明顯的。優(yōu)點如下：

①由于是單脈沖測量，利用電容的放電可以很容易得到極大的偏置電流，如數(shù)千安倍。

②測量條件與電力電子實際應(yīng)用中的電感元件的方波脈沖電壓的工作條件是一致的。所以di/dt法測試結(jié)果更加接近于真實的電力電子的工作狀態(tài)。

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di/dt法設(shè)計的大電流電感測試儀

IPT1000 是基于di/dt法設(shè)計的大電流電感測試儀，技術(shù)指標如下：

表1大電流電感測試儀技術(shù)指標

為了確認di/dt法和LCR+偏流源法測試電感的一致性，我們對伍爾特的大功率電感（型號7443763521033）進行對比測試，該電感的額定電流是7，標稱電感3.3UH。由于該電感的感量較小，為了提高測試精度，對該電感測試的時候采用了10V電壓。如果選擇的測試電壓比較高，那么放電脈沖時間就特別短，會導(dǎo)致噪聲和誤差比較大。

下面的表2是IPT1000和WK3255B英國穩(wěn)科LCR+WK3265B 偏流源（50A）測試同一個型號7443763521033的電感的數(shù)據(jù)對比 (電感單位UH)。測試結(jié)果表明兩個數(shù)據(jù)很接近。大的誤差為6%，發(fā)生在激勵頻率比較低的1kHz處。

表2 di/dt法和LCR+偏流源法測量比較結(jié)果

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結(jié)語

本文提出了一種基于測量電流變化率di/dt來計算出電感值的方法，并研發(fā)設(shè)計出了相應(yīng)的產(chǎn)品。在對某大功率電感進行測試對比后的結(jié)果表明， di/dt法和LCR電橋+偏流源法的測試結(jié)果是一致的。