Оглавление:
При самостоятельной намотке катушек важно использовать измеритель индуктивности, чтобы проверить соответствие её заданным характеристикам. Вот только измерение индуктивности может быть довольно сложным процессом, поскольку она зависит от частоты и от тока смещения, что заметно влияет на результаты. Для точной настройки индуктора в радиосхеме его следует измерять на рабочей частоте. И особенно важно учитывать поведение дроссельных индукторов, используемых в источниках бесперебойного питания (ИБП), где необходимо отслеживать изменения индуктивности при разных уровнях нагрузки, а также определять точку насыщения сердечника.
Этот проект представляет собой тестер для измерения индуктивности, специально предназначенный для работы с мощными катушками. Для проведения тестов также необходим осциллограф.
Теоретические основы
Когда на катушку индуктивности L подается постоянное напряжение E, как показано на схеме, ток I увеличивается пропорционально времени t, согласно формуле I = E * t / L. Если индуктивность не зависит от постоянного тока, график зависимости тока от времени будет представлять собой прямую линию. Но если индуктивность изменяется под воздействием постоянного тока, график примет форму кривой. Подробнее смотрите тут.
Измерить индуктивность и её зависимость от тока можно с помощью подачи импульса напряжения на катушку и последующего отображения тока на осциллографе, что и делает данный прибор.
На картинке представлена упрощенная схема устройства для проверки катушек. Оно подает импульсы напряжения на проверяемую катушку 50 раз в секунду. Ток, протекающий через неё, измеряется с помощью последовательного резистора Rs, а форма сигнала отображается на осциллографе. Индуктивность можно вычислить по формуле:
L = Vs * Δt / ΔI
Где Vs — напряжение, Δt — время импульса, а ΔI — изменение тока.
Ширина импульса регулируется с помощью потенциометра и перемычки, что позволяет тестировать индуктивности различных диапазонов. Тестовое напряжение подается от внешнего источника, а стабилизация напряжения обеспечивается конденсаторами с очень низким ESR (C1 и C2), что помогает поддерживать постоянное напряжение при высоком токе импульсов.
Примеры тестируемых дросселей
TSL0808-220K1R7
- A: 21,5 мкГн
- B: Номинальный ток = 1,7 А
- C: Насыщение при 3 А (ферритовый сердечник начинает резко насыщаться)
- D: 3,2 мкГн (после насыщения сердечник работает как дроссель с воздушным сердечником, поэтому пиковый ток должен оставаться ниже точки насыщения)
LHLZ06NB221K
- A: 230 мкГн
- B: Номинальный ток = 360 мА
- C: Насыщение при 650 мА
- D(E): 43 мкГн (ограничение тока индуктора при Vs / DCR)
HP053Z
- A: 85 мкГн при 0 А
- B: 50 мкГн при 5 А
- C: 27 мкГн при 10 А
- D: Номинальный ток = 5 А (пылевой сердечник обладает высокой устойчивостью к пиковым токам благодаря особенностям плавного насыщения)
Катушка 100 мкГн
- A: 108 мкГн
- B: Насыщение при 2,5 А
- C: 16 мкГн
Извлеченная из БП катушка
- A: 2,3 мкГн при 10 А
- B: 1 мкГн при 40 А
- C: Ограничение тока срабатывает при 60 А
- D: Напряжение на катушке падает примерно на 0,5 В при пиковом токе. Также следует учитывать падение напряжения через резистор Rs.
Перемотанная катушка 18 витков
- A: 20 мкГн при 3 А (данные витков хорошо согласуются с теоретическими расчетами из-за минимального потока рассеяния в тороидальном сердечнике)
- B: 12 мкГн при 8 А
Материал сердечника FT-50-77
- A: 90 мкГн
- B: Сердечник без зазора быстро насыщается, что ограничивает его способность работать на высоких мощностях.
Этот тестовый метод позволяет точно измерять индуктивность различных катушек и проводить их характеристику, что особенно важно для работы с мощными индукторами в области источников питания и других энергетических приложений.
Схема тестера силовых ферритовых катушек
А теперь перейдём к принципиальной схеме. Она позволяет подавать на испытуемую катушку (DUT – Device Under Test) импульсы с регулируемой шириной, наблюдая реакцию катушки на осциллографе, чтоб определить её исправность и параметры.
Основные узлы схемы:
- Источник питания:
- Используется батарея на 9 В (BT1).
- Конденсаторы C7 и C8 выполняют роль фильтрации питания.
- Генератор импульсов (U1):
- NE555 в нестабильной конфигурации.
- Формирует импульсы, частота которых задается RC-цепью: R1 и C6.
- Сигнал поступает на второй таймер через перемычку JS1.
- Регулируемая ширина импульсов (U2):
- Второй таймер NE555 работает в моностабильном режиме.
- Ширина импульса регулируется с помощью переменного резистора VR1 и резистора R2.
- Это позволяет изменять длительность импульса на выходе.
- Усилитель и ключ (Q1, Q2):
- Транзисторы Q2 (2SC2712) и Q1 (2SK2886) усиливают сигнал и работают как ключ, подающий импульс на катушку.
- R5 – прецизионный резистор 0.01 Ом используется как датчик тока, сигнал с которого идет на осциллограф через разъем J1.
- Тестируемая катушка (DUT):
- Подключается к клеммной колодке P1.
- D1 защищает цепь от обратного напряжения.
- Конденсаторы C1 и C2 фильтруют питание, подаваемое на катушку (Vs от 0 до 10 В).
Как работает:
- Таймер U1 генерирует импульсы, которые через JS1 запускают таймер U2.
- U2 формирует одиночный импульс регулируемой ширины, который включает транзисторы Q2 и Q1.
- Через Q1 подается мощный импульс на катушку (DUT).
- Ток через катушку проходит через резистор R5 — это позволяет наблюдать форму тока на осциллографе.
- Таким образом, по форме сигнала можно оценить характеристики и исправность катушки.
Применение: проверка импульсных трансформаторов, дросселей, ферритовых катушек на наличие короткозамкнутых витков, правильную индуктивность и поведение под нагрузкой.
| Обозн. | Наименование | Значение | Примечание |
|---|---|---|---|
| BT1 | БП | 9 В | Источник питания |
| U1, U2 | Таймер | NE555P | Генераторы импульсов |
| R1 | Резистор | 2.2 МОм | Задаёт частоту генерации |
| VR1 | Переменный резистор | 100 кОм | Регулировка ширины импульса |
| R2 | Резистор | 2.2 кОм | Вместе с VR1 формирует RC-цепь |
| R3 | Резистор | 10 Ом | База транзистора Q1 |
| R4 | Резистор | 2.2 Ом | Стабилизация нагрузки |
| R5 | Шунтирующий резистор | 0.01 Ом (1%) | Измерение тока через DUT |
| R6 | Резистор | 100 Ом | База Q2 |
| R7 | Резистор | 10 кОм | Подтягивающий |
| C1, C2 | Конденсатор электр. | 2.2 мкФ / 10 В | Фильтрация питания DUT |
| C3 | Конденсатор | 4.7 нФ | Развязка |
| C4 | Конденсатор | 4.7 нФ | Таймер U2 |
| C5 | Конденсатор | 470 пФ | Таймер U2 |
| C6 | Конденсатор | 1 нФ | Таймер U1 |
| C7 | Конденсатор керам. | 100 нФ | Развязка питания |
| C8 | Конденсатор электр. | 10 мкФ | Развязка питания |
| Q1 | МОП-транзистор | 2SK2886 | Ключ для подачи импульса на DUT |
| Q2 | Биполярный транзистор | 2SC2712 | Управление Q1 |
| D1 | Диод Шоттки | SC016 | Защита от обратного тока |
| JS1 | Джампер | – | Запускает таймер U2 от U1 |
| J1 | Разъём BNC | – | Подключение к осциллографу |
| P1 | Клеммник | 4 пина | Подключение катушки (DUT) |
Проект представленного устройства для тестирования индуктивностей является полезным инструментом для проверки и характеристики катушек индуктивности, особенно тех, которые используются в мощных электронных схемах, таких как источники бесперебойного питания (ИБП). Предложенная схема позволяет точно измерять индуктивность и её зависимость от тока, что критично для настройки индуктивных компонентов, где важны как начальная индуктивность, так и её изменение при разных условиях эксплуатации.
С помощью устройства можно эффективно проверять катушки на ферритовых сердечниках, учитывая их насыщение, которое существенно влияет на работу устройства при высоких токах. Измерение индуктивности в реальных условиях работы (на рабочих частотах и с учетом тока нагрузки) позволяет избежать ошибок и повысить надежность устройства.
Также следует отметить важность использования осциллографа для визуализации изменения тока и точного вычисления индуктивности. Адаптер для измерения индуктивности, предлагаемый в проекте, позволяет гибко работать с катушками различных типов и характеристик, что значительно расширяет область его применения в разработке и настройке мощных электронных устройств.
