線圈元件的脈沖測試技術(shù)和原理

一．什么是線圈元件的脈沖測試

1．線圈脈沖測試原理

預(yù)先對儲能電容C1充電，充電電壓為儀器設(shè)定得*大電壓，以一極短暫的時(shí)間將開關(guān)SW1合上，在SW1合上器件，由于C1≥C2，C1快速對C2充電，經(jīng)過一段時(shí)間后SW1斷開。同時(shí)，該激勵(lì)脈沖同時(shí)加于一被測線圈Lx，C2、Rp、Lx將呈現(xiàn)一自由衰減震蕩，該衰減震蕩呈指數(shù)下降趨勢并調(diào)制以正弦信號。根據(jù)其與諧振電容C2的衰減振蕩情況來了解線圈內(nèi)部狀態(tài)來判斷該繞線元件品質(zhì)情況:包含線圈自身的絕緣，繞線電感量，及并聯(lián)電容量等狀態(tài)。

上圖中:

線圈類產(chǎn)品（如變壓器、電機(jī)等）由于繞線材料、磁性材料、骨架、加工工藝等因素的影響會(huì)產(chǎn)生線圈層間、匝間及引腳間等絕緣性能的降低。

線圈的脈沖測試可在不損壞被測件的條件下測試其電氣性能。這種測試方法能在短暫的瞬間判別線圈的品質(zhì)。測量時(shí)將與標(biāo)準(zhǔn)線圈測量時(shí)同樣的脈沖通過電容器放電施加于被測線圈，由于線圈電感量、雜散電容和Q值的存在，將響應(yīng)一個(gè)對應(yīng)于該放電脈沖的電壓衰減波形，比較該衰減波形的某些特征，可以檢測線圈匝間和層間短路及圈數(shù)和磁性材料的差異, 如果施加一個(gè)高電壓脈沖，根據(jù)出現(xiàn)的電暈或?qū)娱g放電來判斷絕緣不 良。

數(shù)字存儲式線圈脈沖測試儀：TH2882A-3/TH2882A-5/TH2882AS-5/TH2883系列

該系列產(chǎn)品采用高速數(shù)字采樣的方法，將標(biāo)準(zhǔn)線圈的波形存儲于儀器中，測試時(shí)將被測波形與標(biāo)準(zhǔn)波形比較，根據(jù)設(shè)定的判據(jù)（面積、面積差、過零點(diǎn)、電暈等）以決定被測線圈的優(yōu)劣。該方法有如下優(yōu)點(diǎn)：

a)       高速數(shù)字取樣使判別過程由儀器自動(dòng)完成，可排除人為影響因素；

b)       測試時(shí)無需同時(shí)測量標(biāo)準(zhǔn)樣件，所有測試使用統(tǒng)一判據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)樣件波形可存儲、調(diào)用、轉(zhuǎn)存、多機(jī)共用等；

c)       可測試電感量范圍很寬，*小可測試10μH的線圈，基本適應(yīng)各種線圈產(chǎn)品的測試；

d)       高壓是瞬間輸出的，一次測試?yán)碚撋现恍栎敵鲆淮胃邏好}沖，大大延長了儀器壽命。

e)       不存在顯示亮度問題，波形可選擇在*佳狀態(tài)下顯示；

f)        由于數(shù)字化和智能化技術(shù)的采用，可執(zhí)行許多附加的分析功能，如時(shí)間與周期測量、電壓測量、多次平均、連續(xù)測試、輸出電壓的自動(dòng)電平控制（ALC）、PASS/FAILL的聲音模式選擇等；

g)       可采用多種形式的判據(jù)以分辨出被測線圈質(zhì)量的細(xì)微變化，如面積、面積差、過零點(diǎn)、電暈等。

h)       使用多種接口于不同的目的。如USB接口用于數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)波形的轉(zhuǎn)存和保存，IEEE488接口和RS232接口用于人機(jī)通訊或組成自動(dòng)測試系統(tǒng)，HANDLER/SCANNER接口用于自動(dòng)機(jī)械處理器和脈沖式變壓器線圈自動(dòng)測試系統(tǒng)。

二．為什么要執(zhí)行脈沖測試

一般地，由一個(gè)或多個(gè)線圈組合而成的電感器、變壓器、馬達(dá)等繞線元件需要通過下列途徑來完整地評估該線繞元件的品質(zhì)情況：

線圈之繞線電阻DCR（銅阻），繞線感量（L）圈數(shù)N、圈數(shù)比例（Np/Ns），線圈間容量（Cp），鐵芯狀態(tài)（Q，ACR，LK）等，屬于低壓參數(shù)測試，上述項(xiàng)目使用自動(dòng)變壓測試系統(tǒng)，LCR數(shù)字電橋、圈數(shù)測試儀、直流低電阻測試儀等完成。不同線圈間或線圈對鐵芯及外殼等的耐壓和絕緣程度使用耐壓測試儀和絕緣電阻測試儀。線圈自身的的絕緣程度使用脈沖式線圈測試儀（匝間絕緣測試儀）

一般生產(chǎn)過程中檢驗(yàn)合格的元件，使用于電氣電子產(chǎn)品中，即使短期功能正常，但長期使用也可能因線圈自身的絕緣不佳而產(chǎn)生潛在的不 良因素，而影響產(chǎn)品的之壽命和穩(wěn)定性。

絕緣問題導(dǎo)致產(chǎn)品不 良的表現(xiàn)：

a. 耐久性差，壽命短；

b. 抗噪聲能力不佳；

c. 高溫下穩(wěn)定性不好；

常見造成線圈絕緣不 良的原因：

a. 漆包線，絕緣膠帶或骨架絕緣不 良；

b. 原始設(shè)計(jì)的出線方式或加工工藝不 良；

c. 引腳間未留**距離或焊錫后的污染物的存在；

繞線工序結(jié)束，磁性材料加入前進(jìn)行脈沖測試，可發(fā)現(xiàn)如下不 良情況：

a. 線圈自身絕緣不 良（ 波形前段衰減及放電現(xiàn)象）

b. 繞線圈數(shù)或接線明顯錯(cuò)誤（Lx，前段諧振周期變化）

c. 繞線方式錯(cuò)誤（并聯(lián)電容Cx變化，后段諧振周期）

三．如何進(jìn)行脈沖測試

1.使用于何部門？

良好的設(shè)計(jì)、正確的材料使用及合理的加工過程可保證元件正常使用下的長久穩(wěn)定性。

研發(fā)或工程部門：對工程設(shè)計(jì)或變更不 良進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)證；

進(jìn)貨檢驗(yàn)：對進(jìn)貨材料質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，防止不 良材料混入； 

生產(chǎn)線:隨時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)過程的質(zhì)量情況；

2.在何工序進(jìn)行脈沖測試?

建議:在繞線工序結(jié)束, 磁性材料加入前進(jìn)行脈沖測試

原因：a. 脈沖測試的主要目的是檢驗(yàn)線圈本身的絕緣情形而非磁性材料的特性檢驗(yàn)；

    b. 磁性材料會(huì)吸收測試能量而使繞線絕緣不 良的情形顯現(xiàn)不出；

    c. 一般磁性材料的規(guī)格容許誤差較大, 而造成電感量有較大變化，而繞線絕緣差異較小,而使不 良判別不易；

若檢驗(yàn)?zāi)康牟辉诮^緣或工序無法分離可酌情在成品階段進(jìn)行，但應(yīng)考慮磁性材料加入的影響。

3.如何決定測試脈沖電壓？

建議：考慮使用電氣環(huán)境可能出現(xiàn)的*高脈沖電壓，并以其1.5～3倍的脈沖電壓進(jìn)行測試。

理由：a. 一般測試均在室溫下進(jìn)行，在元件*高使用溫度下絕緣材料的絕緣能力會(huì)降低； 

    b. 在極短測試時(shí)間內(nèi)找出須經(jīng)長久絕緣劣化后方表現(xiàn)出的潛在不 良情況；

4.如何制定測試標(biāo)準(zhǔn)件？

a. 依*佳標(biāo)準(zhǔn)工藝制作樣品0pcs（成品）；

b. 按規(guī)定要求檢驗(yàn)?zāi)蛪海℉i-Pot）、絕緣（IR）及低壓電氣參數(shù)（DCR，LCR，TR等）；

c. 將磁性材料去除，依實(shí)際應(yīng)用情形進(jìn)行線圈自身絕緣測試（脈沖測試），無明顯異常放電或?qū)娱g（匝間）短路者可作為標(biāo)準(zhǔn)樣品使用；

d. 在脈沖測試儀上對樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)波形記憶；

e. 確定客觀容許誤差及明確的檢驗(yàn)?zāi)康摹８鶕?jù)線圈實(shí)際生產(chǎn)情況（圈數(shù)差異，高壓、絕緣承受能力等）設(shè)定面積、面積差、過零點(diǎn)和電暈的變動(dòng)范圍作為產(chǎn)品合格與否的判據(jù)；

f. 以認(rèn)定的良品與不 良品來調(diào)整檢驗(yàn)規(guī)范；

g. 判定標(biāo)準(zhǔn)記錄于作業(yè)指導(dǎo)書中；

f. 用U盤保存標(biāo)準(zhǔn)波形，或?qū)盤中標(biāo)準(zhǔn)波形再保存于微機(jī)中，以利隨時(shí)調(diào)用；

h. 保留5pcs以上的認(rèn)定樣品供日后標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)；

四．正確測試操作及**注意事項(xiàng)

注意：脈沖測試使用高壓進(jìn)行測試，操作人員必須戴高壓**手套，腳下需墊上絕緣膠墊，交流電源輸入應(yīng)有可靠的**接地，否則易發(fā)生觸電危險(xiǎn)！

正確的測試環(huán)境

為保持操作人員的**、測試儀器的正確動(dòng)作以及準(zhǔn)確的測試結(jié)果，請將測試儀器的接地端子及操作臺面接地。

脈沖測試是絕緣能力測試，潮濕、污穢的操作臺面常是測量誤差的來源。

為保證測試**及操作方便性，推薦使用腳踏啟動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)儀器測試。

五．脈沖測試技術(shù)

實(shí)際判定方式:

面積（AREA）比較;一般使用于衰減速度的比較。

面積差（DIFF-AREA）:一般使用于振蕩頻率差異之比較。

過零點(diǎn)判別：在線圈衰減處于不同電壓時(shí)，電感量會(huì)產(chǎn)生變化，則諧振頻率也將變化，過零點(diǎn)用于頻率變化的判別。

電暈放電（Flutter）:一般使用于局部放電的檢測。

異常波形目測：若放電占整體面積比例低不易判定，測試人員可目測判定明顯異常，并可加注判定原則于作業(yè)指導(dǎo)書中。

六．同惠的脈沖測試解決方案