Sugerencias de prueba para transformadores de ferrita
Una nota técnica que describe la teoría de los transformadores de ferrita.
1. Introducción a las pruebas de transformadores de ferrita
Dado que los productos electrónicos utilizan técnicas de mayor frecuencia para reducir el tamaño y mejorar la eficiencia, los núcleos de ferrita se utilizan en una proporción cada vez mayor de diseños de transformadores.
Por lo tanto, los fabricantes de transformadores deben satisfacer la necesidad de transformadores más pequeños diseñados para operar a frecuencias más altas, lo que introduce demandas adicionales tanto en los métodos de fabricación como de prueba.
Estos problemas se aplican a una amplia gama de aplicaciones comunes, incluidas fuentes de alimentación de modo conmutado, balastos de iluminación, variadores de frecuencia, equipos de audio y telecomunicaciones, y muchos más.
La necesidad actual de un rendimiento comprobado de todos los componentes dentro de un producto ha resultado en la demanda de que todos y cada uno de los transformadores sean probados más exhaustivamente de lo que tradicionalmente se esperaba.
En las siguientes páginas, consideraremos la variedad de pruebas que son apropiadas para realizar pruebas exhaustivas de diseños de transformadores de ferrita y comenzaremos con una revisión de los componentes presentes en un transformador común.
FIGURA 1
Esquema de un transformador simple de dos devanados conectado a los nodos Kelvin de cuatro cables de un probador de transformadores de la serie AT. 
En el esquema de la figura 1 se puede ver que incluso el transformador más simple incluye una combinación bastante compleja de componentes resistivos y reactivos.
Para establecer con confianza que un transformador se ha fabricado correctamente, es necesario ejecutar una serie de pruebas que se combinan para garantizar que los materiales utilizados y el proceso de fabricación ejecutado dan como resultado transformadores que cumplen con las especificaciones de diseño.
2. CTY: Continuidad
Garantiza que el transformador esté correctamente asentado en su accesorio y que toda la integridad de la terminación del devanado sea buena.
Unidad de medida, ohmios. Rango de 10 KOhms a 10 MOhms
Al seleccionar esta prueba primero, se puede alertar al operador si alguna conexión es deficiente antes de ejecutar las pruebas principales, lo que ahorra tiempo y evita informes incorrectos de errores del transformador en las estadísticas de lotes.
3.R: Resistencia
Garantiza que el calibre de cobre que se utiliza para cada devanado sea el correcto.
Unidad de medida, ohmios. Rango 10 mOhms a 10 MOhms
Todos los devanados se prueban individualmente para garantizar que no haya devanados con un calibre de cobre insuficiente para transportar la corriente requerida.
4. LS: Inductancia en serie
Garantiza que se haya utilizado el material de núcleo correcto y que el número de vueltas sea el correcto.
Unidad de medida, Henries. Rango 1 nH a 1 MH con nivel de señal de 1 mV a 5V @ 20 Hz a 3 MHz.
Diferentes materiales del núcleo exhiben diferente permeabilidad y por lo tanto un diferente valor de inductancia para un número particular de vueltas. Con el número correcto de vueltas, la inductancia proporciona una medida de la capacidad de los materiales del núcleo para mantener el flujo magnético requerido sin saturación.
Figura 3 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para inductancia usando el programa Editor. 
5. QL: Factor de Calidad
Garantiza que el material del núcleo y su montaje sean correctos.
Unidad de medida, Q. Rango 0.001 a 1000 con nivel de señal de 1 mV a 5V @ 20 Hz a 3MHz
El factor de calidad representa la eficiencia de un inductor como la relación entre la energía almacenada y la energía desperdiciada y se deriva de la ecuación L / (R SQRT(LC)). Se puede observar que se obtienen valores de Q más altos cuando el componente inductivo es grande en relación con los componentes resistivo y capacitivo.
Figura 4 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para Q Factor usando el programa Editor. 
6. ANGL: Ángulo de impedancia
Garantiza que el material del núcleo, la resistencia del cable, el número de vueltas y la capacitancia entre devanados se combinen para cumplir con las especificaciones de diseño.
Unidad de medida, Grados. Rango -360° a +360° con un nivel de señal de 1 mV a 5V @ 20 Hz a 3MHz.
Para transformadores en aplicaciones que operan en un amplio rango de frecuencia, por ejemplo, transformadores de audio, es posible que el diseñador o el departamento de producción deba medir el ángulo de fase entre la impedancia real (resistiva (R)) y la impedancia imaginaria (inductiva o capacitiva (jXs)). . La suma de R y jXs se denomina comúnmente Z (impedancia total).
A medida que aumenta la frecuencia aplicada en un inductor, la impedancia aumenta y el ángulo de fase de la impedancia disminuye hasta el punto de autorresonancia; en este punto el ángulo de fase de la impedancia es cero (también el valor de impedancia más alto).
Figura 5 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para Ángulo de fase usando el programa Editor. 
7. LL: Inductancia de fuga
Garantiza que los devanados estén colocados correctamente en la bobina y que cualquier espacio de aire incluido en el diseño del núcleo sea del tamaño correcto.
Unidad de medida, Henries. Rango 1 nH a 1 kH con nivel de señal de 1 mV a 5V @ 20 Hz a 3 MHz
La inductancia de fuga es el componente inductivo atribuible al flujo magnético que no vincula los devanados primarios con los secundarios. Los diseños pueden requerir un valor específico de inductancia de fuga para el correcto funcionamiento del circuito en el que se instalará el transformador o puede ser necesario mantener el valor muy bajo. La medición de la inductancia de fuga requiere la aplicación de un cortocircuito a los devanados secundarios y esto a menudo puede presentar problemas en un entorno de producción. Los probadores de la serie AT eliminan estos problemas con una técnica de medición única que se describe en detalle en una nota técnica separada VPN: 104-105.
Figura 6 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para inductancia de fuga utilizando el programa Editor. 
8. C: capacitancia entre devanados
Asegura que el espesor del aislamiento entre devanados sea el correcto.
Unidad de medida, Faradios. Rango de 100 fF a 1 mF con nivel de señal de 1 mV a 5 V @ 20 Hz a 3 MHz
La capacitancia ocurre en inductores y transformadores debido a la proximidad física del acoplamiento electrostático entre los cables dentro de un devanado.
También existe capacitancia entre devanados separados de primario a secundario o de secundario a secundario.
Figura 7 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para capacitancia usando el programa Editor. 
9. TR: Relación de vueltas
Garantiza que el número de vueltas en cada devanado y la polaridad del devanado cumplan con las especificaciones.
Unidad de medida, proporción decimal. 1:100 k a 100 k:1 con un nivel de señal de 1 mV a 5V @ 20 Hz a 3MHz
La relación de vueltas se mide para establecer que el número de vueltas en los devanados primario y secundario es correcto y, por lo tanto, se logran los voltajes secundarios requeridos cuando el transformador está en uso. Es importante recordar que las diversas pérdidas del transformador que se muestran en la figura 1 darán como resultado una relación de voltaje que no se corresponde exactamente con la relación de espiras físicas presentes en los devanados. Los probadores de la serie AT incluyen la capacidad de calcular vueltas a partir de la relación de inductancia (TRL), lo que supera los errores atribuibles a la pérdida del núcleo y la inductancia de fuga.
Esta y otras consideraciones sobre la relación de giro se describen en una nota técnica separada VPN: 104-113.
Figura 8 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para relación de vueltas utilizando el programa Editor. 
10. SURG: Prueba de sobretensión de alto voltaje
Garantiza que el material aislante alrededor del cable de cobre (normalmente laca) no se haya dañado durante la fabricación, lo que supone un riesgo de cortocircuito entre devanados.
Unidad de medida, mV Segundos. Rango de 1 mVs a 1 kVs con un nivel de señal de impulso de 100V a 5kV.
Los transformadores con un gran número de vueltas que utilizan cables finos son vulnerables a daños en el aislamiento. El daño al material aislante durante la producción es muy difícil de detectar ya que puede que no haya un cortocircuito total y el voltaje aplicado durante las pruebas de vueltas no será suficiente para salvar este cortocircuito parcial. Sin embargo, durante la operación dentro del producto terminado, el transformador está expuesto a voltajes mucho más altos que pueden causar un arco de corona en el punto del daño o el efecto de calentamiento del uso normal puede causar un cortocircuito después de un corto período de tiempo.
Al conectar un capacitor cargado dentro del AT3600 al devanado de un transformador, el devanado se expone a un voltaje de impulso y al medir el área bajo la oscilación decreciente, es posible establecer si se ha producido una ruptura entre las vueltas del devanado. El siguiente diagrama ilustra la oscilación decreciente de un devanado de transformador sin daños en el aislamiento frente al mismo devanado con aislamiento dañado.
Figura 9 Ejemplos de formas de onda de sobretensión 
Al calcular el producto voltio-segundo bajo la curva, el AT3600 proporciona una cantidad numérica mediante la cual establecer componentes buenos o malos. Esto brinda el beneficio de la detección de espiras en cortocircuito utilizando una técnica de voltaje de impulso, al tiempo que evita los errores potenciales inherentes a la interpretación del usuario de formas de onda complejas.
Figura 10 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para Surge Stress utilizando el programa Editor. 
11. IR: Resistencia de aislamiento
Garantiza que el aislamiento entre devanados cumpla con las especificaciones requeridas.
Unidad de medida, ohmios. Rango 1 MOhms a 100 GOhms con un nivel de señal de 100V a 7kV (AT5600 + AT3600) o 500 V (ATi).~
Utilizando un generador de alto voltaje CC y un sistema de medición de corriente CC, se calcula el valor de la resistencia.
Figura 11 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para resistencia de aislamiento usando el programa Editor. 
12. HPAC: Pruebas de seguridad de CA de alto voltaje
Garantiza que los devanados estén colocados correctamente con los materiales correctos para proporcionar el nivel requerido de aislamiento de seguridad.
Unidad de medida, amperios. Rango de 10uA a 10 mA con un nivel de señal de 100 V AC a 5 kV AC.
Todos los transformadores que brindan aislamiento de un sistema de energía de CA deben probarse para confirmar su capacidad para soportar voltajes de pruebas de seguridad sin fallas. Para cumplir con las regulaciones de prueba, es necesario proporcionar evidencia de que el voltaje de prueba se mantiene durante el período de prueba y el AT3600/AT5600 lo logra midiendo y controlando el voltaje aplicado durante toda la duración de la prueba.
Figura 12 Ejemplo de pantalla de entrada de prueba para HPAC usando el programa Editor. 
13. Conclusiones de las pruebas de ferrita
Se puede ver que la gama adecuada de pruebas proporcionará una garantía total de que todos los materiales y procesos de producción dentro de un transformador son correctos.
Esto, a su vez, garantizará que todos y cada uno de los transformadores probados cumplan plenamente con las especificaciones requeridas.
Históricamente, estas pruebas exhaustivas han sido demasiado costosas, demasiado difíciles o han consumido demasiado tiempo.
Sin embargo, los probadores de la serie AT proporcionan una solución rápida, rentable y fácil de usar.
La prueba completa que se muestra arriba fue ejecutada por el probador AT a una velocidad de 1,2 segundos, con solo tocar un botón.