페라이트 변압기에 대한 테스트 제안
페라이트 변압기 이론을 설명하는 기술 노트
1. 페라이트 변압기 테스트 소개
전자 제품에서 크기를 줄이고 효율을 높이기 위해 고주파 기술이 사용되면서, 변압기 설계에서 페라이트 코어를 사용하는 비중이 점점 더 커지고 있습니다.
따라서 변압기 제조업체는 더 높은 주파수에서 작동하도록 설계된 더 작은 변압기에 대한 요구를 충족해야 하며, 이는 제조 및 테스트 방법에 대한 추가적인 요구 사항을 초래합니다.
이러한 문제는 스위치 모드 전원 공급 장치, 조명 안정기, 인버터 드라이브, 오디오 및 통신 장비를 포함한 광범위한 일반적인 애플리케이션에 적용됩니다.
오늘날 제품 내의 모든 구성 요소에 대한 검증된 성능에 대한 요구가 커지면서 기존에 예상했던 것보다 각 변압기를 더 철저하게 테스트해야 한다는 요구가 생겼습니다.
다음 페이지에서는 페라이트 변압기 설계를 철저히 테스트하는 데 적합한 테스트 범위를 고려하고 일반적인 변압기에 들어 있는 구성 요소를 검토하는 것부터 시작하겠습니다.
그림 1
AT 시리즈 변압기 테스터의 4개 와이어 켈빈 노드에 연결된 간단한 2개 권선 변압기의 개략도입니다. 
그림 1의 개략도를 보면, 가장 간단한 변압기조차도 저항성 부품과 반응성 부품의 매우 복잡한 조합으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.
변압기가 올바르게 제조되었는지 확신하려면 다양한 테스트를 실행하여 사용된 재료와 실행된 제조 공정이 설계 사양을 충족하는 변압기를 생산한다는 확신을 제공하는 것이 필요합니다.
2. R: 저항
각 권선에 사용된 구리 규격이 올바른지 확인합니다.
측정 단위, 옴. 범위 10 mOhms ~ 10 MOhms
모든 권선을 개별적으로 테스트하여 필요한 전류를 흐르게 할 만큼 구리 게이지가 부족한 권선이 없는지 확인합니다.
3. LS : 직렬 인덕턴스
올바른 코어 소재가 사용되었는지, 그리고 회전 수가 올바른지 확인합니다.
측정 단위, 헨리. 범위 1 nH ~ 1 MH, 신호 레벨 1 mV ~ 5V @ 20 Hz ~ 3 MHz.
다른 코어 재료는 다른 투자율을 나타내므로 특정 회전 수에 대한 인덕턴스 값이 다릅니다. 올바른 회전 수를 사용하면 인덕턴스는 포화 없이 필요한 자속을 유지하는 코어 재료의 능력을 측정합니다.
그림 3 편집기 프로그램을 사용한 인덕턴스 테스트 입력 화면 예시. 
4. QL: 품질 요인
핵심 소재와 그 조립이 올바른지 확인합니다.
측정 단위, Q. 신호 레벨이 1mV~5V @ 20Hz~3MHz인 범위 0.001~1000
품질 계수는 저장된 에너지와 낭비된 에너지의 비율로 인덕터의 효율성을 나타내며 L / (R SQRT(LC)) 방정식에서 파생됩니다. 유도성 구성 요소가 저항성 및 용량성 구성 요소에 비해 클 때 더 높은 Q 값이 얻어지는 것을 볼 수 있습니다.
그림 4 편집기 프로그램을 사용한 Q 팩터의 테스트 입력 화면 예. 
5. ANGL : 임피던스 각도
설계 사양을 충족시키기 위해 코어 소재, 와이어 저항, 권선 수 및 권선 간 정전 용량이 결합되는지 확인합니다.
측정 단위, 도. 범위 -360° ~ +360°, 신호 레벨 1 mV ~ 5V @ 20 Hz ~ 3MHz.
예를 들어 오디오 변압기와 같이 넓은 주파수 범위에서 작동하는 애플리케이션의 변압기의 경우 설계자 또는 생산 부서는 실수 임피던스(저항(R))와 허수 임피던스(유도성 또는 용량성(jXs)) 사이의 위상각을 측정해야 할 수 있습니다. R과 jXs의 합은 일반적으로 Z(총 임피던스)라고 합니다.
인덕터에 인가되는 주파수가 증가함에 따라 임피던스는 증가하고 임피던스 위상각은 자기공진 지점까지 감소합니다. 이 지점에서 임피던스 위상각은 0(또한 가장 높은 임피던스 값)이 됩니다.
그림 5 편집기 프로그램을 사용한 위상각의 테스트 입력 화면 예. 
6. LL : 누설 인덕턴스
권선이 보빈에 올바르게 배치되었는지 확인하고 코어 설계에 포함된 공극의 크기가 올바른지 확인합니다.
측정 단위, 헨리. 범위 1 nH ~ 1 kH, 신호 레벨 1 mV ~ 5V @ 20 Hz ~ 3 MHz
누설 인덕턴스는 1차 권선과 2차 권선을 연결하지 않는 자속에 기인하는 유도성 성분입니다. 설계에는 변압기가 장착될 회로의 올바른 작동을 위해 특정 누설 인덕턴스 값이 필요할 수도 있고 값을 매우 낮게 유지해야 할 수도 있습니다. 누설 인덕턴스를 측정하려면 2차 권선에 단락 회로를 적용해야 하며 이는 종종 생산 환경에서 문제를 일으킬 수 있습니다. AT 시리즈 테스터는 별도의 기술 노트 VPN: 104-105에 자세히 설명된 고유한 측정 기술로 이러한 문제를 제거합니다.
그림 6 편집기 프로그램을 사용한 누설 인덕턴스에 대한 테스트 입력 화면 예. 
7. C: 권선간 용량
권선 사이의 절연 두께가 올바른지 확인합니다.
측정 단위, 패럿. 범위 100 fF ~ 1 mF, 신호 레벨 1 mV ~ 5V @ 20 Hz ~ 3MHz
정전용량은 권선 내의 와이어 사이의 정전기적 결합의 물리적 근접성으로 인해 인덕터와 변압기에서 발생합니다.
1차 권선과 2차 권선, 2차 권선과 2차 권선 사이에도 정전 용량이 존재합니다.
그림 7 편집기 프로그램을 사용한 정전용량 테스트 입력 화면 예시. 
8. TR: 회전율
각 권선의 권선 수와 권선 극성이 사양을 충족하는지 확인합니다.
측정 단위, 십진수 비율. 1:100k ~ 100k:1, 신호 레벨은 1mV ~ 5V @ 20Hz ~ 3MHz
권선비는 1차 및 2차 권선의 권선 수가 정확하고 따라서 변압기가 사용 중일 때 필요한 2차 전압이 달성되는지 확인하기 위해 측정됩니다. 그림 1에 표시된 다양한 변압기 손실은 권선에 있는 물리적 권선 비율과 정확히 일치하지 않는 전압 비율을 초래한다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. AT 시리즈 테스터에는 코어 손실 및 누설 인덕턴스에 기인하는 오류를 극복하는 인덕턴스 비율(TRL)에서 권선을 계산하는 기능이 포함되어 있습니다.
이러한 회전 비율 고려 사항과 기타 회전 비율 고려 사항은 별도의 기술 참고 자료 VPN: 104-113에 설명되어 있습니다.
그림 8 편집기 프로그램을 사용한 회전 비율에 대한 테스트 입력 화면 예시. 
9. SURG: 고전압 서지 테스트
제조 과정에서 구리선 주변의 절연재(일반적으로 래커)가 손상되지 않았는지 확인하여 권선 간 단락 위험이 발생하지 않도록 합니다.
측정 단위, mV 초. 범위 1 mVs ~ 1 kVs, 임펄스 신호 레벨 100V ~ 5kV.
미세 와이어를 사용하는 많은 턴 수의 변압기는 절연 손상에 취약합니다. 생산 중 절연 재료의 손상은 완전한 단락이 없을 수 있고 턴 테스트 중에 적용된 전압이 이 부분 단락을 연결하기에 충분하지 않을 수 있으므로 감지하기가 매우 어렵습니다. 그러나 완제품 내에서 작동하는 동안 변압기는 훨씬 더 높은 전압에 노출되어 손상 지점에서 코로나 아크가 발생하거나 정상적인 사용의 가열 효과로 인해 짧은 시간 후에 단락이 발생할 수 있습니다.
AT3600 내부의 충전된 커패시터를 변압기 권선에 연결하면 권선이 임펄스 전압에 노출되고 감쇠 진동 아래의 면적을 측정하면 권선의 턴 사이에 고장이 발생했는지 확인할 수 있습니다. 아래 다이어그램은 절연 손상이 없는 변압기 권선과 절연 손상이 있는 동일한 권선의 감쇠 진동을 보여줍니다.
그림 9 서지 파형 예 
AT3600은 곡선 아래의 볼트-초 곱을 계산하여 양호 또는 불량 구성 요소를 확립하는 데 사용할 수 있는 수치적 양을 제공합니다. 이는 임펄스 전압 기술을 사용하여 단락 턴 감지의 이점을 제공하는 동시에 복잡한 파형에 대한 사용자 해석에 내재된 잠재적 오류를 피합니다.
그림 10 편집기 프로그램을 사용한 서지 스트레스의 테스트 입력 화면 예. 
10. IR : 절연 저항
권선 간 절연이 필요한 사양을 충족하는지 확인합니다.
측정 단위, 옴. 범위 1 MOhms ~ 100 Gohms, 신호 레벨 100V ~ 7kV(AT5600 + AT3600) 또는 500V(ATi) ~
DC 고전압 발생기와 DC 전류 측정 시스템을 사용하여 저항 값을 계산합니다.
그림 11 편집기 프로그램을 사용한 절연 저항에 대한 테스트 입력 화면 예. 
11. HPAC: 고전압 AC 안전 테스트
필요한 수준의 안전 절연을 제공하기 위해 권선이 올바른 재료로 올바르게 배치되었는지 확인합니다.
측정 단위, 암페어. 범위 10uA ~ 10 mA, 신호 레벨 100 V AC ~ 5 kV AC.
AC 전원 시스템에서 절연을 제공하는 모든 변압기는 고장 없이 안전 테스트 전압을 견딜 수 있는 능력을 확인하기 위해 테스트를 거쳐야 합니다. 테스트 규정을 충족하려면 테스트 기간 동안 테스트 전압이 유지된다는 증거를 제공해야 하며 AT3600/AT5600은 테스트 기간 전체에 걸쳐 인가된 전압을 측정하고 제어하여 이를 달성합니다.
그림 12 편집기 프로그램을 사용한 HPAC의 테스트 입력 화면 예. 
12. 페라이트 테스트 결론
적절한 범위의 테스트를 실시하면 변압기 내의 모든 재료와 생산 공정이 올바른지 완벽하게 보장할 수 있습니다.
이를 통해 테스트된 모든 변압기가 필요한 사양을 완전히 충족한다는 것이 보장됩니다.
지금까지 이렇게 철저한 테스트를 실시하는 데는 비용이 너무 많이 들거나, 너무 어렵거나, 시간이 너무 많이 걸렸습니다.
그러나 AT 시리즈 테스터는 비용 효율적이고 사용이 쉬우며 빠른 솔루션을 제공합니다.
위에 표시된 전체 테스트는 AT 테스터를 통해 단 한 번의 버튼 터치로 1.2초의 속도로 실행되었습니다.