摘要：傳統的LCR電橋+偏流源的大功率電感的測試方法已經不能滿足電力電子領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上，設計了一種實現di/dt法的軟硬件電路，并開發了一套完整的產品。對某大功率電感進行測試對比的結果表明， di/dt法和LCR電橋+偏流源方法是一致的。

關鍵詞：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）、開關式電感測量法（6）。目前常用的是數字化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， 如電感量，品質因數等。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。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，電感參數和流過的電流引起的電感的磁性材料的磁化狀態有很大的關系。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LCR電橋+偏流源的測試系統，不但價格昂貴，體積龐大，操作復雜， 而且大測試電流只能在200A以內，已經遠遠跟不上電力電子新產品的發展。

隨著大功率電力電子和新能源產品的高速發展，功率電感的電流定額也日益增長，目前已經有超過1000A電流的功率電感的需求。工程師關心的是功率電感在大電流下的電感量衰減是否滿足設計要求、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計一個高可靠性低成本的電力電子和新能源產品至關重要（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， 計算出對應電感量和其他參數（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是電流達到預設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都將產生相應的改變。

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和增量電感

LCR電橋所得到△Ψ_mA和△I_A分別對應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。

電力電子領域的濾波電感的工作狀態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。系統由一個可調的電壓源對儲能電容進行充電，當充電到預設的電壓后停止。控制電路發出一個導通脈沖到大功率電子開關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，我們可以獲得相應的電壓電流數據。把這組數據進行計算，就可以獲得對應的電感參數：增量電感、正割電感、磁鏈和磁共能。可以得到增量電感以及正割電感對電流的電感曲線，既可以作為電流的函數，也可以作為施加的電壓—時間積分的函數。

這種測量方法相比于偏流源法的優點是很明顯的。優點如下：

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，如數千安倍。

②測量條件與電力電子實際應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法測試結果更加接近于真實的電力電子的工作狀態。

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di/dt法設計的大電流電感測試儀

IPT1000 是基于di/dt法設計的大電流電感測試儀，技術指標如下：

表1大電流電感測試儀技術指標

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，會導致噪聲和誤差比較大。

下面的表2是IPT1000和WK3255B英國穩科LCR+WK3265B 偏流源（50A）測試同一個型號7443763521033的電感的數據對比 (電感單位UH)。測試結果表明兩個數據很接近。大的誤差為6%，發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果

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結語

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，并研發設計出了相應的產品。在對某大功率電感進行測試對比后的結果表明， di/dt法和LCR電橋+偏流源法的測試結果是一致的。