Измеритель тока насыщения катушек индуктивности

Доброго времени суток, уважаемое Сообщество!
Часто в практике построения разного рода преобразователей используются дроссели. И практически всегда к ним, кроме прочего, предъявляется одно важное требование: они не должны входить в насыщение. Хорошо, если дроссель покупной и заранее известны его параметры (но и им не всегда можно верить). А если он самодельный? А если это дроссель/трансформатор для флайбека/полумоста или ещё чего? В таком случае может помочь несложная приставка к осциллографу, позволяющая измерить ток насыщения той или иной катушки индуктивности с магнитопроводом. Сразу оговорюсь, конструкция не новая, разработка не моя, и на авторство не претендую, но некоторые доработки в исходные схемы всё же внёс. У кого появился интерес – добро пожаловать под кат.

Прототипами для создания схемы послужили схемы из журнала Схемотехника за 2002 год, №6, стр. 7 и отсюда
Получился некий симбиоз двух схем:


Кратко о самой схеме. На DD1, R3-R5, C1, VD1 собран стандартный генератор прямоугольных импульсов. При указанных номиналах период составляет 10 мс, длительность импульса в зависимости от положения движка R5 10…300 мкс. Генератор может быть собран, например на NE555. На VT1, R1, R2 собрана защита по току, которая прерывает импульс, как только ток через индуктивность превысит значение около 6А. Если перемычка XS1 снята, защита отключается и тут уже надо быть внимательным, чтобы ничего не сжечь. Через розетку XP1 выводится сигнал синхронизации для осциллографа (впрочем, как показала практика, он практически не нужен – мой С1-94 спокойно синхронизируется по самому сигналу с датчика тока). На VT2, VT3 собран драйвер затвора VT4. Отдельно хочется сказать о транзисторах 8050. У нас на рынке (Минск, Ждановичи) попадаются транзисторы с маркировкой S8050 и HE8050 и что самое гадкое, они имеют разную цоколёвку, так что будьте внимательны. Сигнал для осциллографа снимается с шунта 0,1 Ом 1% (выход, соответственно, 0,1В/А). Диод VD3 «принимает» на себя энергию, запасённую в катушке, когда транзистор закрывается. Диод VD2 служит для отфильтровывания питания для цифровой части.
Конденсаторы С5-С7 являются накопительными, именно благодаря им можно «вкачивать» в индуктивность большие токи, питаясь при этом от маломощного источника. С5 обязателен, ибо электролиты не выдержат таких токов и долго не проживут, а керамика имеет весьма низкое ЭПС. Конденсаторы так же желательно LowESR.
Методика работы проста. Подключаем осциллограф, исследуемую индуктивность, регулятор длительности импульса заводим в минимум, перемычку ограничения тока на уровне 6А ставим. Подключаем питание. От катушки может послышаться 100 Гц гудение, особенно, если она не залита лаком. На осциллографе мы должны наблюдать линейно нарастающее напряжение (примеры ниже). Плавно увеличиваем длительность импульса, и, соответственно, максимальный ток. Как только осциллограмма начнёт загибаться вверх – вот она – граница перехода в насыщение. Значит при токе выше этого эксплуатировать индуктивность уже нельзя.
Трассировка платы:


Фото собранной платы:




Выводные компоненты использованы потому, что а) их тоже надо куда-то девать; б) задача миниатюризации не ставилась.

Практика использования показала, что в течение небольшого времени с приставки можно снимать до 45А. Доказательством тому служит осциллограмма, снятая с ДГС и блока питания АТХ (индуктивность обмотки около 50 мкГн):




10А/дел.
Видно, что чёткой границы насыщения нет. При этом транзистор начинает греться, да и падение на шунте становится неприлично большим – 4,5В, что транзистору никак не помогает – уменьшается напряжение исток-затвор. Так что такие измерения (при больших токах) проводить нужно очень кратковременно.
Вот другой дроссель (намотанный на гантельке диаметром 9 мм (500 мкГн):

1А/дел.
Пока осциллограмма линейна – дроссель можно использовать. Как только она начинает загибаться вверх – магнитопровод входит в насыщение – такого режима следует избегать. Здесь насыщение происходит при токе чуть более 1А.

Также необходимо отметить, что при помощи этой приставки можно приблизительно измерять индуктивность. Для этого существует предельно простая формула:

где Uпит – напряжения питания, ΔI – приращение тока за время Δt. Напряжение в вольтах, ток в амперах, время в микросекундах – ответ получим в микрогенри.
Разумеется, такие измерения следует проводить только на линейной части осциллограммы.
В корпус приставку устанавливать не планируется. Только сделаю «поддон» из нефольгированного стеклотекстолита или оргстекла, чтоб случайно его на что-нибудь металлическое не положить.
Проект был создан в Altium Designer, файл PDF со схемой, общим видом, проводящим рисунком и шелкографией прикладываю.
На сим всё, спасибо за внимание)
Файлы в топике: PCB1.zip

Комментарии (49)

RSS свернуть / развернуть
Вставь в статью трассировку в виде картинки.
дельта I – приращение тока за время дельта t
Дельту можно написать как &Dеlta;
&Dеlta;I – приращение тока за время &Dеlta;t

(только при копипасте замени букву «е» в Delta — она там русская, иначе срабатывает парсер и код превращается в ΔI).
Проект был создан в Altium Designer, файл PDF со схемой, общим видом, проводящим рисунком и шелкографией прикладываю.
Где? Не вижу.
0
  • avatar
  • Vga
  • 14 марта 2013, 20:48
Спасибо, всё поправил. PDF обновил, добавил пару дополнительных листов
0
Статья хорошая мне понравилась, а вот файлов к статье я так и не разглядел(
0
Аналогично.
0
Извините, не усмотрел, что файл не прикрепился. Всё добавлено)
0
Теперь нормально, спасибо еще раз за статью.
0
Пожалуйста) Рад, если она оказалась полезной
+1
Мощно.
0
не так давно срал и подумал снова про такой прибор и еще хотелось бы прибор для определения частотыЮ на которой феррит имеет максимальный кпд

кстати что тут насчет частоты генератора? 100гц? просто у меня есть уже генератор и мог бы упростить схему
и что там с цифровым осцом? второй канал не надо что ли на синхронизацию в режиме умножения каналов?
-3
Да, частота генератора около 100 Гц.
На счёт синхронизации: у меня в С1-94 есть вход запуска. Решил его задействовать (думал мало ли не хватит уровня сигнала на малых токах для устойчивой синхронизации). Но всё и так работает. С цифровым не знаю — в руках никогда не держал.
0
тёплый, «ламповый», аналоговый проект :)
0
и детальки, по виду — прям как в детстве побывал… диод-таблетка, резюк в эпоксидке, клеммы, ЛА7 :)
0
Джампер один современный углядел :)
0
ну и синий клеммник тоже свежий… а на старых деталюхах поди и ромбики ещё :)
0
Шунт С5-16МВ 1Вт

Ну а разъёмы… тут каждый для себя выбирает по удобству) Для подключения осциллографа я ориентировался на то, чтобы его подключить и не надо было держать, и чтобы не замкнуло ничего. А так как щупы у меня либо с иглой, ибо с однополюсными вилками на концах — сделал так.
0
Шунт С5-16МВ 1Вт
Гм, насколько я помню, эти резюки пятиваттные.

Петельки — это под современные щупы, с крокодилом и съемной хваталкой. Они довольно удобные, стоит такой щуп к осциллу прикупить.
0
И всё-таки 1 Вт
www.fotohost.by/pic_b/13/03/14/be9943b91f9c77213905be567105dead.jpg
Наверное, из-за того, что прецизионный.

А щуп да, надо было бы прикупить. Кстати, не знаете, с делителем 1:100 или хотя бы 1:20 такие есть? А то хочется флайбэки им пощупать, а там напряжение до 600-700 В, а у осцилла максимальное входное 30.
0
Я только 1:10 видел. Да и вообще у них максимальное входное напряжение довольно низкое.
Теоретически можно попробовать разобрать щуп и заменить внутри резистор на 9МОм резистором на 99МОм. Нужно только учитывать допустимое напряжение на нем — составлять из нескольких. Как минимум два по 0.25Вт (91МОм и 8.2МОм, например).
0
Есть 1:100, вот например masteram.com.ua/ru/TT-HV250-High-voltage-probe-for-oscilloscope-100-1-2500V.php masteram.com.ua/ru/TT-HV150-High-voltage-probe-for-oscilloscope-100-1-1500V.php если яВас конечно правильно понял.
0
Кондеры, транзисторы, второй диод тоже свежие. А вот резюки — МЛТ, СП-не-помню-какой-но-тоже-старый, один кондер — КМ.

Алсо, я бы советские клеммы поставил для подключения катушки, а для осциллографа сделал петельки, как на пинборде.
0
а для осциллографа сделал петельки, как на пинборде.
Ах, да, у автора же древний осцилл с бананами на щупах. Хотя можно в китае баксов за пять купить более современные щупы, они удобней. Для своего Н313 примерно так и сделал, только пришлось дурацкое гнездо на осцилле менять на СР-73.
0
>один кондер — КМ.
а я два нашёл
0
Рыжий ж вроде пленочный. Ну и на КМ не похож. По крайней мере на те самые КМ.
0
Рыжий — керамика КМ-6
0
Нда. Не знал)
0
Ну трассировка в принципе ничего, хотя силовой контур стоило бы сделать покороче.
0
  • avatar
  • Vga
  • 14 марта 2013, 21:20
Меня немного смущала цепь разряда затвора. Было бы правильнее, если бы коллектор VT3 был прямо на истоке VT4, минуя шунт?
0
Можно и так, быстрее закрываться будет. К тому же, там могли бы возникнуть проблемы с тем, что микросхема опускает базу ниже эмиттера.
0
Никогда не было необходимости измерять параметры магнитопровода, но благодаря этой статейке, понял как это просто. Возможно пригодится, причем скоро %). Благодарю автора за полезный импульс. Плюсану. ;)
0
Плюсанул. Зачетная статья.
0
Я вот тут подумал, а нельзя ли добавить контроллер+обвязки, чтобы он сам все считал? Т.е. подключаем индуктивность, жмем кнопку, и контроллер сам поднимает скважность и меряет ток. При получении перегиба, вычисляет примерную индуктивность и выводит все на экран.
З.Ы. Я на досуге подумаю над алгоритмом вычисления момента и точки перегиба. Если найдется человек, который воплотит в железе, то получится годный девайс.
0
Это еще и уменьшит нагрев деталей, т.к. контроллер все будет делать за считанные секунды и после этого отключать нагрузку.
0
так «в лоб» эту задачу решить, наверное, не получится:
1. Показания придётся снимать со скоростью не меньше 500 000 раз в секунду. Ибо минимальная длительность импульса — 20 мкс и его ещё надо хотя бы по 10 точкам записать, что даёт 1/2 мкс = 500 000 отсчётов в секунду. «Народные» AVR с таким не справятся
2. не у всех материалов чётко наблюдается граница насыщения (вон у жёлтых колец его толком вообще нету). Поэтому в данном случае глазам как-то больше веришь)
0
1) Невелика проблема, народные STM32F100 имеют вдвое более быстрый АЦП.
2) Здесь посложнее. С другой стороны, я думаю, программно можно более точно определить точку, где функция начнет уходить от линейной. Ну и можно взять экранчик и отображать на нем захваченную характеристику. Или выводить ее на комп.
0
тогда это будет девайс совершенно другого уровня
0
QuaziKing и предлагает девайс совершенно другого уровня.
0
Ну по факту, девайс будет не многим дороже: контроллер (~$10)+обвязка+индикатор(~2$). Понятно, что сейчас все стоит <$10, а то и $5. Но тут для работы необходим осциллограф. + требуются расчеты и т.д.
0
STM32F100C4 вполне достаточен и стоит 1-2 бакса. Ну и заодно выкидывается весь генератор, хотя он и копеечный. Правда, потребуется источник питания для МК и переделывать драйвер.
0
Только я с STM32 дел пока не имел… :(
0
Не надо оцифровывать все подряд. Нас интересует ток только в конце импульса, АЦП контроллера имеет УВХ которое фиксирует значение измеряемого напряжения за десятки наносекунд. Да пусть даже сотни. Делаем измерения, фиксируем ток в конце импульса наращивая его длительность, потом простая логика — ищем точку где линейность «ломается» и делов. Дополнительно можно провести измерения в окрестности этой точки для уточнения. Тут в принципе и не нужно наращивать импульс, можно его просто фиксировать а измерять по одному измерению на импульс но в разное время от начала, как это делается в стробоскопических осциллографах.
0
с двухлучевым осциллографом можно и петлю гистерезиса посмотреть у сердечника.
0
Вот две ссылки на эту тему
info.donntu.edu.ua/el_izdan/fisik/l/lab61.pdf
dspace.susu.ac.ru/bitstream/handle/0001.74/1065/13.pdf?sequence=1
картинка выше из файла по первой ссылке.
В моём вузе когда то была и такая лаба по физике.
0
Посмотрел на то что написал. Конечно же не с двух лучевым!!!
А с осциллографом на котором есть отдельный вход с усилением сигнала по Y. Ну или ещё можно на осциллографах на которых есть функция вывода на экран зависимости одного канала от другого, кнопки с надписью A/B, B/A где A, B это каналы.
Меняя частоту сигнала можно будет оценить потери в сердечнике. Картинка осцилоскопа не моя, нашёл в интернете.



0
У мистера Чана вот такой вариант
elm-chan.org/works/lchk/report.html
0
Генератор может быть собран, например на NE555, только необходимо учитывать, что у него выход с открытым коллектором и его необходимо подтягивать к питанию.
Хм… Может, каких-то отдельных производителей? Сколько их не использовал, везде пуш-пул.
0
Это наверное на меня помутнение нашло) Спасибо, что указали. Исправил
0
Можно легко тестер ферритоых изделий и на 3845 сделать, если немного подумать. Но косой полумост нужен по-любому — иначе ток в катушках не развить. Он берет ток с кондера на 10000мкФ и в него же возврвщает, а питается сам от 200ма БП через 30 Ом резистор.Диод по питанию — «защита от переполюсовки », кондеров на питание моста ставим сколько не жалко, ток в импульсе бывает и 20а.
Транзисторы ключей лучше IRFZ44 и IRF9Z44.
У меня их не было и поставил IRZ24 и IR9530 — Греется больше 9530. Пока на малом радиаторе, потом поменяю на 9Z44.
Нагрев только при сильном загибе тока. а при малых нет вообще. Потребление при малом загибе на 10а тока ключей около 100ма на потери.

Начинать измерение надо с наименьшей длительности и мах. частоты. Понижая частоту, находим осциллографом удобоваримый вид с началом
загиба и, повышая длительность, делаем четкий небольшой загиб. Дальнейший рост загиба по току нежелателен. ибо резко возрастает
потребление по питанию и нагрев ключей. а для измерения пользы не приносит.

Файл вставить не выходит, см ссылку там: radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=25&t=85802&sid=3017dbe27ae7b73de90e5222cff99647&start=20

Файлы Z-23- корпус + плата.ZIP и Induction Meter.zip
0
Почему шунт стоит между землей и полевиком? Что будет, если их поменять местами?
0
  • avatar
  • Buba
  • 10 ноября 2013, 01:42
Нет разницы, где ему стоять — между истоком и землёй или между стоком и катушкой. Во втором случае даже лучше — на нём не будут отражаться импульсы управления затвором и напряжение затвор-исток не будет изменяться в зависимости от тока. Однако в таком случае реализовать ограничение тока становится не такой простой задачей, как сейчас. Да и вообще, тут главное принцип понять, а как расположить элементы и с помощью чего измерять — это уже дело инженерной фантазии.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.