寄生电感测量仪该如何设计？电感在高温度环境工作会有影响吗？

2022-04-02 07:37分类：电子元器件阅读：

　　内寄生电感器检测仪该怎样设计方案

　　具体的电阻元器件存有着遍布主要参数，在其中对电容器自身特点危害较大的是内寄生电感器，这种内寄生电感器与电容器自身组成串联谐振控制回路，使电容器在运用时拥有一定的局限，因而，可以检测出电容器自身内寄生电感器的尺寸，能够在运用时更有效的挑选电容器元器件。因为内寄生电感器的电感器量不大，多见nH 等级，造成绝大多数LCR 电桥电路没法精确测量电容器自身的内寄生电感器。为了更好地精确的精确测量内寄生电感器，原文中表述了一种运用自串联谐振基本原理的测量法，融合DDS 频偏技术性能够迅速进行内寄生电感器的精确测量，其测量法简易精准，将可以符合大部分场所的运用。

　　1 精确测量基本原理

　　具体电容器因为生产的加工工艺造成自身存有内寄生电感器和内寄生电阻器，其闭合电路实体模型如图所示1 所显示。

上述方案实现了电容自身寄生电感的测量，由于采用的DDS 信号发生技术，因此频率分辨率极高，这就大大提高了电感的测量精度，该方法对于nH 级的电感都能准确的测量，弥补了大多数LCR 电桥无法精确测量微小电感的缺点。该方法若结合LCR 电桥一起使用，基本可以满足大多数情况下的电感测量要求。

　　图1 具体电容器闭合电路实体模型

　　在其中C 为具体电容器自身的允差电容器， L 是其内寄生电感器， Rp是其串联等效电阻， Rs 是其串连等效电阻。内寄生电阻器会对历经电容器的数据信号导致衰减系数，但不容易危害电容器自身的频率特点。内寄生电感器会与电容器组成并联谐振控制回路，会使真实的电容器在某一頻率上产生串联谐振，这类情况称之为电容器的自串联谐振。具体电容器的特性阻抗和频率特点曲线图如图2 所显示。

　　图2 具体电容器频率特点曲线图

　　图2 中的f 0 是电容器与其说内寄生电感器组成的并联谐振控制回路的串联谐振，称作自串联谐振，虚线一部分为现实的电容器频率特点曲线图，斜线为理想化无内寄生电感器的电容器特点曲线图。由此可见，在小于自串联谐振时，电容器展现溶性，特性阻抗随頻率提高而减少；殊不知当工作频率超出自串联谐振时，电容器主要表现出特性阻抗随頻率提高而升高的发展趋势，这恰巧是电感器的特点。该曲线图说明具体的电容器仅能工作中于自串联谐振下列，高过自串联谐振时，电容器则主要表现为理性，没法再再次做为电容器应用了。由此可见，精确的测出电容器的自串联谐振，算出其内寄生电感器，针对电容器的合理应用具有十分关键的实际意义。殊不知该电感器通常十分小，一般为nH 等级，一般的LCR 电桥电路没法精确测量这类细微的电感器。因而就必须一种有别于电桥法的精确测量这类细微电感器的方式。

　　由电感器和电阻组成的LC 串连控制回路的串联谐振为：

　　与此同时串联谐振产生时全部LC 控制回路主要表现出的特性阻抗为纯感性负载，即感抗和容抗之和为零。运用这一基本原理，应用一个扫频信号鼓励被测电容器，精确测量出串联谐振，再融合式（1）就可以测到内寄生电感器的尺寸。依据该基本原理，设计方案1 个扫频产生器造成扫频信号鼓励被测电容器，随后找到串联谐振点，读取串联谐振就可以求出电容器的内寄生电感器。其构造如图所示3 所显示。

　　在其中最主要的一部分便是频偏产生器和串联谐振点检验电源电路。

　　图3 内寄生电感器检测设备作用

　　2 频偏产生器

　　频偏产生器在本体系中造成宽屏带扫频信号以鼓励被测电容器，当电容器很大时，以普遍的电解电容器为例子，假定电容器为1 000 F，其内寄生电感器为100 nH，则依照式（1）可估算出其自串联谐振为15. 9 kHz，串联谐振较低；另以高压瓷片电容为例子，假定其电容器数值10 pF，内寄生电感器约为10 nH，则其自串联谐振为500 MHz 这两个数据信号頻率相距了4 个量级，这就必须1 个宽带网络的频率计，这也是本部位的制定难题所属。若运用传统化的脉冲信号产生的方式，为了更好地完成数据信号工作频率的可调式，一般会选用变容二极管组成的LC 震荡器，殊不知在数据信号頻率较低时，所须要的变容二极管的容量会非常大，而传统化的变容二极管电容器值一般仅仅好多个pF 至好几百pF ，难以达到低频振荡规定。为了更好地简单化频偏电源电路，及其完成智能化操纵，这儿选用DDS 技术性造成宽带网络数据信号。DDS 选用的是DA 转化器的基本原理，根据电子计数器累积完成的持续波型輸出，而DDS 集成ic外围电路简易，根据写它的存储器便可完成数据信号工作频率的调整，与此同时发生的讯号頻率屏幕分辨率高，一般能够做到0. 01 Hz 等级，数据信号工作频率的跨距大，能够完成从几Hz 到好几百MHz 的持续数据信号，特别适合做扫频产生器。这儿运用了AD9854 这个DDS 集成ic，它在300 MHz 数字时钟推动下，依照乃奎斯特取样基本定律能够造成最大150 MHz 的数据信号，为了更好地获得数据信号不错的次数则一般只获得最大100 MHz 的数据信号。若要获得高过100 MHz 的数据信号，则可使用其高次谐波获得。根据AD9854 的数据信号产生电源电路如图所示4 所显示。仅限于篇数，仅绘制了重要的导出一部分和电流量设定一部分。AD9854 内嵌4~ 12 内存超频的数字时钟倍频器，因而能够另加1 个较低次数的数字时钟，根据倍频器内存超频至300 MHz，那样能够很大程度的减少快速片外数字时钟系统对产生的电磁感应兼容问题。AD9854 內部有1个頻率调节字存储器，根据写该存储器的值便能够更改輸出讯号的頻率，特别适合计算机控制。与此同时因为数字时钟选用的时晶振电路，因而輸出頻率的稳定性和屏幕分辨率都十分高，一般为10- 6量级。

　　图4 AD9854 数据信号产生电源电路

　　3 串联谐振点检验电源电路

　　串联谐振点检验电源电路主要是由检波器和AD 转化器构成，在其中常见的检波器有峰值检波器、有效值检波器和多数检波器。因为这儿的检波仅仅为了更好地检验出串联谐振点，因而对检波器的品种沒有特别要求，这儿选用AD8307 这款宽带网络多数检波器。A D8307 能够完成DC 500 MH z 頻率范畴内的多数检波器，其导出为交流电压，輸出与输入功率（以dBm为企业）呈线性相关。

　　因为该检验电源电路仅仅检验出串联谐振点，即图2 中的最低值，仅仅一个较为关联，仍未对检验到的最低值的脉冲信号精密度有很高规定，因而对取样电源电路的准确度标准不高，又由于多数检波器的输入输出是交流电数据信号，因此常用的大部分低速档AD 转化器都能够符合要求。这儿选用串行通信8 位的AD 转化器TLC549。TL549 选用三线制串行通信控制措施，很便于与单片机设计控制板插口。该检验线路的工作原理如图所示5 所显示。

　　图5 串联谐振点检验电源电路

　　4 关键手机软件步骤设计方案

　　单片机设计选用Atmeg16，各自操纵DDS 和AD 转化器，与此同时承担对数值开展剖析。单片机设计每一次操纵DDS輸出1 个数据信号，与此同时收集这一数据信号历经被测电源电路后的回应結果，那样的姿势每反复3 次就开展一次较为，由于串联谐振点的脉冲信号是最少的，因而假如收集的3 次数据信息中的正中间一次标值最少，则该标值便是串联谐振点处的脉冲信号值，记录下来这时的頻率f ，运用式（1）得知：

以上计划方案完成了电容器本身内寄生电感器的精确测量，因为使用的DDS 数据信号产生技术性，因而頻率屏幕分辨率极高，这就进一步提高了电感器的测量精度，该办法针对nH 级的电感器都能准确无误的精确测量，填补了大部分LCR 电桥电路没法精准测量细微电感器的缺陷。该方式若融合LCR 电桥电路一起应用，基本上还可以符合大部分状况下的电感器精确测量规定。

　　进而由式（2）算出L 值。关键程序流程的步骤如图所示6所显示。

　　图6 关键操作程序

　　5 试验数据统计分析

　　选用网络分析仪来检验站设计方案的检测仪的检测結果。

　　应用网络分析仪精确测量内寄生电感器的办法为：精确测量被测电容并联状况下的正方向传送曲线图，获得如图所示1 所显示的曲线图，读取陷波点頻率，并依据式（1）测算出内寄生电感器值。表1 表明了应用原文中叙述的检测仪检测的3 种量级的电力电容器内寄生电感器的结论与选用网络分析仪精确测量效果的比较状况，表1中所显示結果为数次精确测量取均值以后的最后結果。

　　表1 内寄生检测結果

　　由表1 由此可见，针对这3 种量级的电容器，其检测結果偏差均在9%之内，基本上还可以符合大部分场所的使用规定。

　　由表1 还可看得出数据误差会随电容器值的减少而扩大，这类状况是因为扫频信号的屏幕分辨率低导致的，提升扫频信号的像素能够进一步减少该偏差。此外，该仪器设备针对低于100 pF 的电容器没法精确测量其内寄生电感器，由于需要的鼓励数据信号頻率早已超过A D9854 的运行范畴，选用更高频的DDS能够清除这个问题。

　　6 结果