随测试频率增大的电感

标签: 测量 磁性元件

现象

LCR 测试仪测量匝数多的绕组（例如反激变压器的一次绕组）时，读数远高于设计预期的电感量，而且在每个测试频率（test frequency）下读数都不同：频率越高，读数越高。

原因

测试仪给出的是元件在其测试频率下包括寄生参数在内的等效值（effective value）[Keysight Technologies, Impedance Measurement Handbook]。匝间电容与电感并联，并与之发生谐振（自谐振频率）。在该谐振频率以下，二者表现为一个更大的电感，测试频率越接近谐振，读数上升越陡（表观电感）。匝数多，既带来大的电感（电感随匝数的平方增大，由电感系数求电感），也带来匝间电容，因此二者的谐振频率较低。

例如，电感为 1 mH、两端并联 20 pF 的绕组在 1.13 MHz 处谐振。测试仪在 100 kHz 下的读数为 1.008 mH，在 1 MHz 下的读数为 4.75 mH。

如何确认

在测试仪的两个或更多测试频率下测量该绕组。随频率升高而急剧攀升的读数来自谐振：在谐振附近，表观电感（apparent inductance）无限增大（表观电感），远超过磁芯本身随频率的变化。要找出谐振频率，可用阻抗分析仪扫描绕组的阻抗：在谐振频率以上，元件呈容性（自谐振频率）。

解决方法

在远低于自谐振频率的测试频率下测量：此时读数偏高的比例约为两频率之比的平方，在谐振频率的十分之一处偏高百分之一（表观电感）。若测试仪的各测试频率都离谐振太近，则用频率扫描找出自谐振频率，再用同一公式修正读数。

参考资料

• [Keysight Technologies, Impedance Measurement Handbook]：阻抗测量仪读出的是其测试频率下包括寄生参数在内的等效值。
• 磁性元件的测量：表观电感的例题和一项实验练习。