高频变压器测试要点

高頻變壓器測試要點

壹．概說﹕

由于變壓器的種類及規格繁多﹐且又無法如其他電子元件一般導入全自動化生產﹐故必須仰賴大量的人工來從事生產與檢測﹐也因為人工的不可避免﹐因此變壓器的制作并無法像其他的元件一樣－－只要有良好的生產設備自然可生產出高品質的產品。目前變壓器的制造商為因應目前的高品質的市場需求﹐只好投入更大量的人力來作制程的規划與管制﹐同時也必須更新檢測設備﹐以求出廠的產品品質優良﹐減少客戶抱怨與增加訂單﹐進而創造更多的利潤。

至于變壓器的檢測需要何種測試設備呢？首先我們將先從變壓器的制作過程中開始探討。到底在制程中會有哪些個程序會有問題產生？而所產生的問題應該用何種方式與檢測儀器才可將不良品完全剔除？下面我們將以一般的變壓器測試項目為主題來一一探討各項測試所著重的意義與制程中會發生的問題。

一．直流電阻測試(DC RESISTANCE)﹕

直流電阻的測試主要用以檢測變壓器在制作過程中會發生的几個項目﹕

◆銅線材質的好壞

◆銅線直徑是否正確

◆繞線的緊密度與張力

◆是否有斷線

◆焊錫點是否良好

A.銅線的材質

我們都了解當銅線的含銅量越高時則線材本身的電阻值越小﹐因此在相同線徑下如果其電阻值太高則表示其含銅量不足﹐相對的在將來使用中會因銅損增加而變熱﹐對變壓器的壽命有直接的影響。因此我們必須控制線材的含銅量使其銅損在設計范圍內﹐才能保証變壓器在長時間使用下不會有不良的狀況發生。

B.線材的線徑

在同一長度銅線的電阻值與其截面積成反比﹐如果截面積改變其電阻值也會隨之變化﹐因此檢測直流電阻值的另一個有效控制項目是控制其線材的線徑。

C.繞線的張力

變壓器制作時﹐其繞線的張力與其線包的松緊程度有絕對的關系。在使用較粗的線材繞制時﹐若張力太大(線繞太緊)則使線材總長度不足﹐導致直流電阻值變小﹐當使用較細的線材時﹐若線繞太緊﹐可能會因銅線被拉長而變細﹐導致直流電阻值加大。

因此﹐當直流電阻值發生變化時﹐很有可能的不良原因之一是變壓器的繞線張力發生了變化。因張力太大所產生的問題﹕例如細線延伸導致漆包膜變薄或破裂等﹐因而影響到變壓器的品質與壽命。

D.多股并繞斷線

多股線并繞的方式為高頻變壓器為減少集膚效應﹐讓變壓器可以承受較大的電流所采取的措施。如果其中一股斷掉﹐其直流電阻值將會變大﹐相對的所承受的電流將

分配到其他股線中﹐將使剩余的線材因承受較大的電流值而影響到變壓器的品質與壽命。

E.焊接點的品質

錫點焊接不良是所有電子產品的致命傷﹐當變壓器的接腳本身焊錫性不佳如氧化或冷焊﹐使銅線與接腳焊接不完全﹐都會造成直流電阻值偏高造成其發熱點集中。一般人常會忽略接腳焊錫所產生的問題﹐制造時應特別注意。

二．電感測試﹕

電感測試主要在檢測變壓器中制程中﹕

◆鐵粉芯材質

◆鐵芯間的間距(GAP)

A.鐵粉芯材質

鐵粉芯為鐵粉材料經粉末冶金鑄造而成﹐不同的材質雖其外觀相同﹐但特性相差很大﹐最基本的參數為其『導磁系數』。如果尺寸相同﹑繞線相同﹐而其導磁系數不同時﹐所產生出來的變壓器之電感量必不相同。因此利用電感量的測量我們可以檢測其導磁系數是否有變異﹐相對的也是確認材質是否有差異。

B.鐵粉芯之間距(GAP)

鐵粉芯變壓器為防止在工作中因鐵芯磁飽和而造成電感量偏移﹐必須在鐵芯間留有間隙。一般高頻變壓器在設計時都會考慮到諧振率問題﹐當電感量產生偏移相對的其諧振頻率亦跟隨產生飄移﹐而造成中工作時的電壓與電流不正常﹐甚至嚴重時將整個應用線路上的功率晶體燒毀。因此檢查鐵芯的材質與鐵芯間的間隙是確保變壓器正常工作的重要條件之一。

三．漏電感的測試﹕

當鐵粉芯的材質與繞線固定時﹐測量漏電感主要在于檢測變壓器的內阻耦合系數。

漏電感的測量系將變壓器之次級線圈全部短路﹐在初級線圈測量其電感值﹐其測量

線路如圖(一)a.而其以理想變壓器表示之等效電路如圖(一)b.其中﹕

◆Xi 為變壓器之初級串聯阻抗

◆Xp 為變壓器之初級并聯阻抗

◆T 為理想變壓器﹐其耦合系數為k﹐圈數比為n﹕1

◆Xs 為變壓器之初級串聯阻抗

◆Zs 為變壓器之次級短路后之元件阻抗(含開關及引線﹑接觸等)

由圖(一)b.可得變壓器初級之等效阻抗

由圖(一)c.我們可藉由測量初級端之漏電感來確認Xi﹐Xs及k的值是否有偏移。

而其實際含義為

◆變壓器內阻﹕變壓器之內阻包括變壓器銅線阻抗﹑變壓器之寄生電容等﹐

因此藉由漏電感之測試我們可以確定變壓器在繞線時其布線沒有問題。

◆耦合系數﹕理想變壓器之耦合系數為1﹐但因材質等因素﹐實際上之耦合

系數不可能為1﹐再加上鐵芯安裝時往往無法使兩鐵芯完全密合﹐因此耦

合系數自然會降低。而當變壓器之耦合系數降低時﹐其漏電感將隨之變大

(Xi 會隨耦合系數變小而變大)。

四． 圈數比測試﹕

高頻變壓器由于其耦合較矽銅片變壓器良好﹐因而使用的圈數一般都較少。在一般電源部分(power)初級約使用60圈﹐次級則更少﹐且有很多次級端的應用線路設計時并不采用穩壓電路﹐而將次級端輸出電壓直接濾波整流后就使用。因為變壓器輸出電壓與圈數比成正比﹐因此在圈數不多的情況下﹐增加或減少一圈﹐已使輸出電壓超出了使用范圍。因此變壓器制造商必須確認圈數比無誤﹐才能確保將來在應用上能使電路工作正常。而影響圈數比的因素有下﹐我們將一一討論﹕

◆ 圈數

◆ 布線鐵粉芯之間隙

◆ 耦合狀況

A. 圈數﹕圈數的正確與否是影響圈數比最直接的因素﹐繞線圈數不對自然圈數比

一定不正確﹐因而測量圈數比是確保繞線圈數正確的最佳方法。

B. 布線﹕因為圈數比的計算公式為n =

布線不同時其電感值也會跟著改變﹐所以圈數比也會跟著變化。因此測量圈數比無誤時﹐我們可以確定其布線的差異不大。

C. 鐵粉芯之間隙很大的變壓器﹐由于繞線有上下層之分﹐所以相同的圈數所對應的電感值并不一定相同﹐因此圈數比也會跟著改變。所以檢測圈數比亦有確認鐵芯之間隙在一定的范圍內。

D.

耦合情況﹕其作用與鐵芯之間隙類似﹐耦合情況也會影響到圈數比值﹐故圈數比的檢測亦可檢知耦合的情況。

五． 極性﹕

極性是線圈繞線的方向﹐當極性相反時﹐所輸出的電壓波形將相反。因此在設計變壓時必須先定好繞線方向。若極性錯誤﹐則變壓器在工作時的特性將全部改變﹐將對所有的應用線路產生不良的影響。

六． 層間短路﹕

變壓器發生層間短路的原因如下﹕

◆ 漆包線刮傷或脫漆

◆ 繞線上下層絕緣不良

◆ 以銅片做內部遮蔽(Shielding)處理不當

A.

漆包線刮傷或脫漆﹕當使用漆包線刮傷或脫漆時﹐經加工繞線后﹐線與線之間只以一狹小的間隙相隔﹐如此一來﹐在使用中變壓器將會因發熱而使線與線之間的間隙更小﹐并且兩銅線之間會有電壓差的產生﹐于是在有刮傷或脫漆的漆包層將會被擊穿造成短路﹐而使變壓器的工作電流上升﹐嚴重時將使整個變壓器燒毀。因此﹐層間短路測試是保証變壓器線與線之間不會有短路現象的產生最好的方法。 L1

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