Suggestions de tests pour les transformateurs en ferrite
Une note technique décrivant la théorie des transformateurs en ferrite
1. Introduction aux tests des transformateurs en ferrite
Alors que les produits électroniques utilisent des techniques de fréquences plus élevées pour réduire la taille et améliorer l’efficacité, les noyaux de ferrite sont utilisés dans une proportion croissante de conceptions de transformateurs.
Les fabricants de transformateurs doivent donc répondre à un besoin de transformateurs plus petits conçus pour fonctionner à des fréquences plus élevées, ce qui introduit des exigences supplémentaires en matière de méthodes de fabrication et de test.
Ces problèmes s'appliquent à un large éventail d'applications courantes, notamment les alimentations à découpage, les ballasts d'éclairage, les variateurs, les équipements audio et de télécommunications et bien d'autres encore.
Le besoin actuel de performances éprouvées de tous les composants d'un produit a entraîné la nécessité de tester chaque transformateur de manière plus approfondie que ce qui est traditionnellement prévu.
Dans les pages suivantes, nous examinerons la gamme de tests appropriés pour tester de manière approfondie les conceptions de transformateurs en ferrite et nous commencerons par un examen des composants présents dans un transformateur commun.
FIGURE 1
Schéma d'un simple transformateur à deux enroulements connecté aux nœuds Kelvin à quatre fils d'un testeur de transformateur de la série AT. 
Le schéma de la figure 1 montre que même le transformateur le plus simple comprend une combinaison assez complexe de composants résistifs et réactifs.
Afin d'établir avec certitude qu'un transformateur a été fabriqué correctement, il est nécessaire d'exécuter une série de tests qui se combinent pour fournir l'assurance que les matériaux utilisés et le processus de fabrication exécuté donnent des transformateurs conformes aux spécifications de conception.
2. CTY : Continuité
Garantit que le transformateur est correctement installé dans son support et que l'intégrité de toutes les terminaisons d'enroulement est bonne.
Unité de mesure, Ohms. Gamme de 10 KOhms à 10 MOhms
En sélectionnant d'abord ce test, l'opérateur peut être alerté si des connexions sont mauvaises avant d'exécuter les tests principaux, ce qui permet de gagner du temps et d'éviter des rapports d'erreurs de transformateur incorrects dans les statistiques par lots.
3. R : Résistance
Garantit que le calibre de cuivre utilisé pour chaque enroulement est correct.
Unité de mesure, Ohms. Plage de 10 MOhms à 10 MOhms
Tous les enroulements sont testés individuellement pour garantir qu'il n'y a pas d'enroulements avec un calibre de cuivre insuffisant pour transporter le courant requis.
4. LS : inductance série
Garantit que le bon matériau de noyau a été utilisé et que le nombre de tours est correct.
Unité de mesure, Henries. Plage de 1 nH à 1 MH avec niveau de signal de 1 mV à 5 V de 20 Hz à 3 MHz.
Différents matériaux de noyau présentent une perméabilité différente et donc une valeur d'inductance différente pour un nombre de tours particulier. Avec le nombre correct de tours, l'inductance fournit une mesure de la capacité des matériaux du noyau à maintenir le flux magnétique requis sans saturation.
Figure 3 Exemple d'écran de saisie de test pour l'inductance à l'aide du programme Editor. 
5. QL : facteur de qualité
Garantit que le matériau de base et son assemblage sont corrects
Unité de mesure, Q. Plage de 0,001 à 1 000 avec niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz
Le facteur de qualité représente l'efficacité d'un inducteur comme le rapport entre l'énergie stockée et l'énergie gaspillée et est dérivé de l'équation L / (R SQRT(LC) ). On peut voir que des valeurs Q plus élevées sont obtenues lorsque la composante inductive est grande par rapport aux composants résistifs et capacitifs.
Figure 4 Exemple d'écran de saisie de test pour Q Factor à l'aide du programme Editor. 
6. ANGL : Angle d'impédance
Garantit que le matériau du noyau, la résistance du fil, le nombre de tours et la capacité entre les enroulements se combinent pour répondre aux spécifications de conception.
Unité de mesure, Degrés. Plage de -360° à +360° avec un niveau de signal de 1 mV à 5 V @ 20 Hz à 3 MHz.
Pour les transformateurs dans des applications fonctionnant sur une large plage de fréquences, par exemple les transformateurs audio, le concepteur ou le service de production peut devoir mesurer l'angle de phase entre l'impédance réelle (résistive (R)) et l'impédance imaginaire (inductive ou capacitive (jXs)). . La somme de R et jXs est communément appelée Z (impédance totale).
À mesure que la fréquence appliquée augmente sur un inducteur, l'impédance augmente et l'angle de phase d'impédance diminue jusqu'au point d'auto-résonance, à ce stade, l'angle de phase d'impédance est nul (également la valeur d'impédance la plus élevée).
Figure 5 Exemple d'écran de saisie de test pour l'angle de phase à l'aide du programme Editor. 
7. LL : Inductance de fuite
Garantit que les enroulements sont correctement positionnés sur la canette et que tout entrefer inclus dans la conception du noyau est de la bonne taille.
Unité de mesure, Henries. Plage de 1 nH à 1 kH avec niveau de signal de 1 mV à 5 V de 20 Hz à 3 MHz
L'inductance de fuite est la composante inductive attribuable au flux magnétique qui ne relie pas les enroulements primaires aux enroulements secondaires. Les conceptions peuvent nécessiter une valeur spécifique d'inductance de fuite pour le bon fonctionnement du circuit dans lequel le transformateur sera installé ou il peut être nécessaire de maintenir cette valeur très faible. La mesure de l'inductance de fuite nécessite l'application d'un court-circuit aux enroulements secondaires, ce qui peut souvent poser des problèmes dans un environnement de production. Les testeurs de la série AT éliminent ces problèmes grâce à une technique de mesure unique décrite en détail dans une note technique distincte VPN : 104-105.
Figure 6 Exemple d'écran de saisie de test pour l'inductance de fuite à l'aide du programme Editor. 
8. C : Capacité inter-enroulements
Garantit que l’épaisseur de l’isolation entre les enroulements est correcte.
Unité de mesure, Farads. Plage de 100 fF à 1 mF avec niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz
La capacité se produit dans les inductances et les transformateurs en raison de la proximité physique du couplage électrostatique entre les fils d'un enroulement.
La capacité existe également entre des enroulements séparés du primaire au secondaire ou du secondaire au secondaire.
Figure 7 Exemple d'écran de saisie de test pour la capacité à l'aide du programme Editor. 
9. TR : rapport de tours
Garantit que le nombre de tours sur chaque enroulement et la polarité de l'enroulement sont conformes aux spécifications.
Unité de mesure, rapport décimal. 1:100 k à 100 k:1 avec un niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz
Le rapport de spires est mesuré pour établir que le nombre de spires sur les enroulements primaire et secondaire est correct et que les tensions secondaires requises sont donc atteintes lorsque le transformateur est utilisé. Il est important de se rappeler que les différentes pertes du transformateur illustrées sur la figure 1 entraîneront un rapport de tension qui ne correspond pas exactement au rapport des spires physiques présentes sur les enroulements. Les testeurs de la série AT incluent la possibilité de calculer les tours à partir du rapport d'inductance (TRL), ce qui élimine les erreurs attribuables à la perte du noyau et à l'inductance de fuite.
Ceci et d’autres considérations sur le rapport de virage sont décrits dans une note technique distincte VPN : 104-113.
Figure 8 Exemple d'écran de saisie de test pour le rapport de rotation à l'aide du programme Editor. 
10. SURG : test de surtension haute tension
Garantit que le matériau isolant autour du fil de cuivre (généralement de la laque) n'a pas été endommagé lors de la fabrication, introduisant un risque de court-circuit entre les enroulements.
Unité de mesure, mV Secondes. Plage de 1 mVs à 1 kV avec un niveau de signal impulsionnel de 100 V à 5 kV.
Les transformateurs comportant un nombre élevé de spires et utilisant des fils fins sont vulnérables aux dommages d'isolation. Les dommages causés au matériau isolant pendant la production sont très difficiles à détecter car il peut ne pas y avoir de court-circuit total et la tension appliquée lors des tests de spires ne sera pas suffisante pour combler ce court-circuit partiel. Cependant, pendant le fonctionnement dans le produit fini, le transformateur est exposé à des tensions beaucoup plus élevées qui peuvent provoquer un arc corona au point de dommage ou l'effet thermique d'une utilisation normale peut provoquer un court-circuit après une courte période de temps.
En connectant un condensateur chargé dans l'AT3600 à un enroulement de transformateur, l'enroulement est exposé à une tension de choc et en mesurant la zone sous l'oscillation décroissante, il est possible d'établir si une panne entre les tours de l'enroulement s'est produite. Le diagramme ci-dessous illustre l'oscillation décroissante d'un enroulement de transformateur sans dommage à l'isolation par rapport au même enroulement avec une isolation endommagée.
Figure 9 Exemples de formes d'onde de surtension 
En calculant le produit volt-seconde sous la courbe, l'AT3600 fournit une quantité numérique permettant d'établir les bons ou les mauvais composants. Cela offre l'avantage de détecter les spires courtes à l'aide d'une technique de tension d'impulsion, tout en évitant les erreurs potentielles inhérentes à l'interprétation par l'utilisateur de formes d'onde complexes.
Figure 10 Exemple d'écran de saisie de test pour la contrainte de surtension à l'aide du programme Editor. 
11. IR : Résistance d’isolation
Garantit que l'isolation entre les enroulements répond aux spécifications requises
Unité de mesure, Ohms. Plage de 1 MOhms à 100 GOhms avec un niveau de signal de 100V à 7kV (AT5600 + AT3600) ou 500 V (ATi).~
À l’aide d’un générateur haute tension CC et d’un système de mesure de courant CC, la valeur de la résistance est calculée.
Figure 11 Exemple d'écran de saisie de test pour la résistance d'isolation à l'aide du programme Editor. 
12. HPAC : tests de sécurité CA haute tension
Garantit que les enroulements sont correctement positionnés avec les matériaux appropriés pour fournir le niveau d’isolation de sécurité requis.
Unité de mesure, ampères. Plage de 10uA à 10 mA avec un niveau de signal de 100 V AC à 5 kV AC.
Tous les transformateurs qui assurent l'isolation d'un système d'alimentation CA doivent être testés pour confirmer leur capacité à résister aux tensions de test de sécurité sans panne. Afin de respecter les réglementations en matière de test, il est nécessaire de fournir la preuve que la tension de test est maintenue pendant la période de test et l'AT3600/AT5600 y parvient en mesurant et en contrôlant la tension appliquée pendant toute la durée du test.
Figure 12 Exemple d'écran de saisie de test pour HPAC à l'aide du programme Editor. 
13. Conclusions des tests de ferrite
On peut constater que la gamme appropriée de tests fournira une assurance complète que tous les matériaux et processus de production d'un transformateur sont corrects.
Cela garantira à son tour que chaque transformateur testé répond pleinement aux spécifications requises.
Des tests aussi approfondis ont toujours été trop coûteux, trop difficiles ou trop longs.
Cependant, les testeurs de la série AT offrent une solution rentable, facile à utiliser et rapide.
Le test complet présenté ci-dessus a été exécuté par le testeur AT à une vitesse de 1,2 seconde, sur simple pression d'un bouton.