JP4423472B2 - Impedance measurement method - Google Patents

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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

本発明は、例えばスイッチング電源などに適用するインダクタンスのインピーダンス測定方法に関する。   The present invention relates to an inductance impedance measuring method applied to, for example, a switching power supply.

スイッチングDC/DCコンバータなどのスイッチング電源に使用されるチョークコイルのように、直流電流が重畳した状態で動作するインダクタに関するインダクタンスおよび損失抵抗は、微小励磁電流に直流電流を重畳させて測定するのが通常である。図6にその概要を示す。
図6において100はインピーダンス測定器、110はインピーダンスを測定しようとするインダクタである。インダクタ110の等価回路は、図6に示すようにインダクタンスLのみをもつ理想インダクタと損失抵抗Rの直列回路として表すことができる。インピーダンス測定器100は内部の定電流回路101および信号発生回路102により、直流電流IDCが重畳された微小振幅交流信号IACをインダクタ110に流し、インダクタ110に流れる電流と両端電圧を測定することによりインダクタンスLと損失抵抗Rを算出する。インダクタ110に流れる電流と両端電圧の測定およびインダクタンスLと損失抵抗Rを算出はインピーダンス測定装置により行われる。このようにして測定されたインダクタンスLと損失抵抗Rの直流重畳特性(直流電流IDLに対するインダクタンスLおよび損失抵抗Rの変化)の概略を図7に示す。図7に示すように、インダクタンスLおよび損失抵抗Rは、直流電流IDLに対し最大値を有するのが一般的である。
Inductance and loss resistance related to an inductor that operates in a state where a direct current is superimposed, such as a choke coil used in a switching power supply such as a switching DC / DC converter, is measured by superimposing the direct current on a minute excitation current. It is normal. The outline is shown in FIG.
In FIG. 6, 100 is an impedance measuring device, and 110 is an inductor for measuring impedance. The equivalent circuit of the inductor 110 can be represented as a series circuit of an ideal inductor having only an inductance L and a loss resistance R as shown in FIG. The impedance measuring instrument 100 uses an internal constant current circuit 101 and a signal generation circuit 102 to cause a small amplitude AC signal IAC superimposed with a DC current IDC to flow through the inductor 110, and measures the current flowing through the inductor 110 and the voltage at both ends. L and loss resistance R are calculated. The measurement of the current flowing through the inductor 110 and the voltage at both ends and the calculation of the inductance L and the loss resistance R are performed by an impedance measuring device. FIG. 7 shows an outline of the DC superposition characteristics (changes of the inductance L and the loss resistance R with respect to the DC current IDL) of the inductance L and the loss resistance R thus measured. As shown in FIG. 7, the inductance L and the loss resistance R generally have maximum values with respect to the direct current IDL.

一方、小電力出力もしくは小型化を目的としたスイッチング電源では、チョークコイルとして小さなサイズのコイルが適用されるため、チョークコイルに流れる直流電流と交流電流のうち、交流電流の占める割合が大きくなる。図8にインダクタを含む一般的な磁気素子の磁気特性を示す。図8においてΦはインダクタの鎖交磁束、Iは励磁電流である。大電力もしくは大型のスイッチング電源におけるインダクタは図8中のマイナーループ1(小振幅)の動作を行う(直流電流IDCが大きいので交流電流IACが相対的に小さくなる)。小電力もしくは小型のスイッチング電源ではマイナーループ2(大振幅)の動作を行う。インダクタンスLは図8の交流電流IACとIACに対する鎖交磁束Φの変化分△ΦよりL=△Φ/IACで与えられるから、直流電流IDCが一定でも交流電流IACの大きさによりインダクタンスLは異なる値を示す。   On the other hand, in a switching power supply aiming at low power output or miniaturization, a small-sized coil is applied as a choke coil, so that the proportion of the alternating current in the direct current and alternating current flowing through the choke coil increases. FIG. 8 shows the magnetic characteristics of a general magnetic element including an inductor. In FIG. 8, Φ is an interlinkage magnetic flux of the inductor, and I is an exciting current. The inductor in the large power or large switching power supply performs the operation of minor loop 1 (small amplitude) in FIG. 8 (since the direct current IDC is large, the alternating current IAC is relatively small). A small power or small switching power supply performs minor loop 2 (large amplitude) operation. Since the inductance L is given by L = ΔΦ / IAC from the change ΔΦ of the linkage flux Φ with respect to the AC currents IAC and IAC in FIG. Indicates the value.

大電力もしくは大型のコンバータのようにインダクタに流れる全電流における交流電流の占める割合が小さい場合は、交流励磁電流の小さいインピーダンス測定器による従来の測定方法で当該インダクタのインピーダンスを測定することができる。しかし、小電流もしくは小型のコンバータのようにインダクタに流れる全電流における交流電流の占める割合が大きい場合は、当該インダクタのインピーダンス測定には交流励磁電流の小さいインピーダンス測定器による従来の測定方法は適用できない。また、スイッチング電源に適用されるチョークコイルは方形波電圧が印加されかつ三角波電流が流れるという実動作環境におかれるため、従来の測定方法のような正弦波自励ではインダクタの実動作時のインピーダンスを正確に測定することができない。
これに対し、インダクタの特性を実際の使用条件に近い測定条件でインピーダンスを測定できる測定装置が特許文献1に提案されている。特許文献1に示されている測定装置の概要を図9に示す。図9に示す測定装置は、インダクタL1,インダクタL,負荷抵抗R0およびダイオードD1からなる閉回路に対し、パルス発振器120から出力されるパルス信号を増幅器130で増幅した信号を、ダイオードD2を介して印加するものである。パルス発振回路120からは実際の使用状態に近い高周波パルスが出力される。インダクタLが測定対象のインダクタであり、インダクタLの両端電圧V,パルス幅△tおよびインダクタLに流れる電流の最大振幅値(p−p値)△Iを求め、これらからインダクタLのインダクタンスを(△t/△I)×Vにより算出するものである。増幅器130の増幅率や負荷抵抗R0の抵抗値を変えることによりインダクタ直流電流分を変えて、インダクタLの直流重畳特性を測定することができる。直流成分を小さくしていくと、インダクタL1,インダクタL,負荷抵抗R0およびダイオードD1からなる閉回路はダイオードD1の存在により一方向にしか電流を流せないために、インダクタLに流れる電流が不連続になり測定が不正確になる。これを防ぐのがインダクタL1の役目である。インダクタL1のインダクタンスをインダクタLのものより大きくしておき、二つのインダクタの合成インダクタを大きくしておくことにより、電流を不連続にすることなくインダクタLの直流電流を小さくすることができる。
特開2002−324716号公報 (第3頁、第1図)
When the ratio of the AC current in the total current flowing through the inductor is small as in a large power or large converter, the impedance of the inductor can be measured by a conventional measurement method using an impedance measuring instrument with a small AC excitation current. However, when the ratio of the AC current in the total current flowing through the inductor is large as in a small current or small converter, the conventional measurement method using an impedance measuring instrument with a small AC excitation current cannot be applied to the impedance measurement of the inductor. . In addition, since the choke coil applied to the switching power supply is in an actual operating environment in which a square wave voltage is applied and a triangular wave current flows, impedance in the actual operation of the inductor is not achieved with sine wave self-excitation as in the conventional measurement method. Cannot be measured accurately.
On the other hand, Patent Document 1 proposes a measuring apparatus capable of measuring the impedance of the inductor under measurement conditions close to actual use conditions. An outline of the measuring apparatus disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. In the measuring apparatus shown in FIG. 9, a signal obtained by amplifying the pulse signal output from the pulse oscillator 120 by the amplifier 130 with respect to the closed circuit including the inductor L1, the inductor L, the load resistor R0, and the diode D1 is transmitted via the diode D2. To be applied. The pulse oscillation circuit 120 outputs a high frequency pulse close to the actual use state. The inductor L is an inductor to be measured, and the voltage V across the inductor L, the pulse width Δt, and the maximum amplitude value (pp value) ΔI of the current flowing through the inductor L are obtained, and from these, the inductance of the inductor L is ( It is calculated by Δt / ΔI) × V. The inductor DC current component can be changed by changing the amplification factor of the amplifier 130 and the resistance value of the load resistor R0, and the DC superposition characteristics of the inductor L can be measured. When the DC component is reduced, the closed circuit composed of the inductor L1, the inductor L, the load resistor R0, and the diode D1 can only flow current in one direction due to the presence of the diode D1, so that the current flowing through the inductor L is discontinuous. The measurement becomes inaccurate. It is the role of the inductor L1 to prevent this. By making the inductance of the inductor L1 larger than that of the inductor L and making the combined inductor of the two inductors larger, the DC current of the inductor L can be reduced without making the current discontinuous.
JP 2002-324716 A (Page 3, FIG. 1)

特許文献1に記載の測定装置は、上述のとおり測定対象のインダクタLより大きなインダクタンスを有するインダクタを必要として、測定コストの増加および装置の大型化を引き起こしてしまうという課題を有している。また、図6に示すインダクタの損失抵抗成分Rについては何ら測定方法が示されていない。
本発明の目的は、上記の課題を解決し、測定回路に被測定インダクタ以外のインダクタを必要とせず、従い他のインダクタの影響を受けることなくインダクタの特性を実動作条件に近い測定条件で測定でき、かつインダクタの特性としてインダクタンスはもとより損失抵抗も測定することのできる測定方法を提供することを目的とする。
As described above, the measuring apparatus described in Patent Document 1 requires an inductor having an inductance larger than the inductor L to be measured, and has a problem of causing an increase in measurement cost and an increase in the size of the apparatus. Further, no measurement method is shown for the loss resistance component R of the inductor shown in FIG.
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and does not require an inductor other than the inductor to be measured in the measurement circuit, and accordingly, the characteristics of the inductor are measured under measurement conditions close to actual operating conditions without being affected by other inductors. An object of the present invention is to provide a measuring method capable of measuring not only inductance but also loss resistance as a characteristic of an inductor.

そこで、上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、基準電位端子および出力端子を有する基準電源と、該基準電源の出力端子に一端を接続された第1のスイッチ手段と、該第1のスイッチ手段の他端に一端が接続された第2のスイッチ手段と、該第2のスイッチ手段の他端と前記基準電源の基準電位端子の間に抵抗およびコンデンサが並列に接続された回路の、前記第1のスイッチ手段の他端と前記基準電源の基準電位端子の間にインダクタを接続し、前記第1のスイッチ手段および前記第2のスイッチ手段をそれぞれ導通時間T1,T2で交互に導通させながら、前記抵抗および前記インダクタの電圧,電流および消費電力の少なくとも一部を測定し、その結果から前記インダクタのインピーダンスを算出するインピーダンス測定方法であることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記抵抗に流れる電流、前記抵抗で消費する電力、前記インダクタに流れる電流、および前記第2のスイッチ手段の導通時間T2より前記インダクタのインダクタンスを算出するインピーダンス測定方法であることを特徴とする。
Accordingly, in order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 includes a reference power supply having a reference potential terminal and an output terminal, first switch means having one end connected to the output terminal of the reference power supply, Second switch means having one end connected to the other end of the first switch means, and a resistor and a capacitor connected in parallel between the other end of the second switch means and the reference potential terminal of the reference power supply An inductor is connected between the other end of the first switch means and a reference potential terminal of the reference power source of the circuit, and the first switch means and the second switch means are alternately switched at conduction times T1 and T2, respectively. while conducting the said resistor and the voltage of the inductor, measuring at least a portion of the current and power consumption, measuring impedance to calculate the impedance of the inductor from the result Characterized in that it is a method.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the current of the inductor is determined from the current flowing through the resistor, the power consumed by the resistor, the current flowing through the inductor, and the conduction time T2 of the second switch means. It is an impedance measurement method for calculating inductance.

請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明において、前記抵抗に流れる電流IR、前記抵抗で消費する電力PR、前記インダクタに流れる電流の最大値と最小値の差ILppをそれぞれ求め、さらにこれらの値と前記第2のスイッチ手段の導通時間T2より前記インダクタのインダクタンスLを下記(I)式により算出するインピーダンス測定方法であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the current IR flowing through the resistor, the power PR consumed by the resistor, and the difference ILpp between the maximum value and the minimum value of the current flowing through the inductor are obtained. The impedance measurement method is characterized in that the inductance L of the inductor is calculated by the following equation (I) from these values and the conduction time T2 of the second switch means.

Figure 0004423472
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請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに係る発明において、前記インダクタで消費される電力および前記インダクタに流れる電流より、前記インダクタの損失抵抗を算出するインピーダンス測定方法であることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項4に係る発明において、前記インダクタで消費される電力をPLとし、前記インダクタに流れる電流の実効値をILrmsとすると、前記インダクタの損失抵抗Rを下記(II)式により算出するインピーダンス測定方法であることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the impedance measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the loss resistance of the inductor is calculated from the power consumed by the inductor and the current flowing through the inductor. It is characterized by.
The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein the power consumed by the inductor is PL, and the effective value of the current flowing through the inductor is ILrms. The impedance measurement method is calculated by the formula (1).

Figure 0004423472
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請求項6に係る発明は、請求項5に係る発明において、T=T1+T2,前記インダクタに流れる電流をiL,前記インダクタの両端電圧をvLとすると、前記インダクタで消費される電力PLを下記(III)式で算出するインピーダンス測定方法ことを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5, wherein T = T1 + T2, the current flowing through the inductor is iL, and the voltage across the inductor is vL. The impedance measurement method is calculated by the formula (1).

Figure 0004423472
Figure 0004423472

この発明の測定方法は、基準電源,抵抗,コンデンサおよびスイッチング手段から構成される測定回路にインピーダンスを測定しようとするインダクタを接続し、実使用状態に近い動作(方形波電圧および三角波電流による大振幅励磁動作)をさせながらインダクタに流れる電流および両端電圧を測定することにより、他のインダクタを用いることなく被測定インダクタのインダクタンスLを求めることができる。さらに、インダクタ電流の実効値よりインダクタの損失抵抗Rを求めることができる。また、本発明により求められるインピーダンスを用いれば、当該インダクタを用いる回路をより正確に設計することができる。   In the measuring method of the present invention, an inductor whose impedance is to be measured is connected to a measuring circuit including a reference power source, a resistor, a capacitor, and switching means, and the operation is close to the actual use state (a large amplitude due to a square wave voltage and a triangular wave current By measuring the current flowing through the inductor and the voltage at both ends while performing the excitation operation), the inductance L of the inductor to be measured can be obtained without using another inductor. Further, the loss resistance R of the inductor can be obtained from the effective value of the inductor current. Further, if the impedance required by the present invention is used, a circuit using the inductor can be designed more accurately.

以下、図面を用いて本発明の測定方法について説明する。   Hereinafter, the measurement method of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に本発明の測定方法に用いられる測定回路の例を示す。図1においてLがそのインピーダンスを測定しようとするインダクタであり、直流電圧電源ViおよびスイッチS1と直列に接続されて閉回路をなしている。また、可変抵抗RLおよびコンデンサCの並列回路とスイッチS2が直列接続された回路が、インダクタLと並列に接続されている。図1の測定回路は昇降圧型DC/DCコンバータを模したものになっていて、インダクタLを実際のスイッチング電源と同じもしくはできるだけ近い状態、すなわち方形波電圧および三角波電流により大振幅でインダクタLを励磁させてインダクタンスおよび損失抵抗を測定するものである。
次に、図1に示す測定回路を用いた本発明に係る測定方法について説明する。ます、測定はスイッチS1,S2を交互にオン(導通)・オフ(遮断)させながら行う。図2に、測定時にインダクタLに流れる電流(インダクタ電流)iLおよびインダクタLの両端の電圧(インダクタ電圧)vLの波形を示す。可変抵抗RLに流れる電流IRはコンデンサCにより平滑されて直流電流が支配的になり、iLの平均値ILと等しくなる(IL=IR)。
FIG. 1 shows an example of a measurement circuit used in the measurement method of the present invention. In FIG. 1, L is an inductor whose impedance is to be measured, and is connected in series with the DC voltage source Vi and the switch S1 to form a closed circuit. A circuit in which a parallel circuit of a variable resistor RL and a capacitor C and a switch S2 are connected in series is connected in parallel with the inductor L. The measurement circuit of FIG. 1 is a model of a step-up / step-down DC / DC converter, and the inductor L is excited or excited with a large amplitude by a square wave voltage and a triangular wave current in the same or as close state as the actual switching power supply. Thus, inductance and loss resistance are measured.
Next, a measurement method according to the present invention using the measurement circuit shown in FIG. 1 will be described. First, the measurement is performed while the switches S1 and S2 are alternately turned on (conductive) and turned off (cut off). FIG. 2 shows waveforms of a current (inductor current) iL flowing through the inductor L during measurement and a voltage (inductor voltage) vL across the inductor L. The current IR flowing through the variable resistor RL is smoothed by the capacitor C, and the direct current becomes dominant, and becomes equal to the average value IL of IL (IL = IR).

インダクタLのインピーダンスを測定する励磁周波数はスイッチS1,S2のオン・オフ周波数で決定する。インダクタ電圧vLの最大値Viは直流電圧電源Viにより調整し、最小値VRはスイッチS1,S2のオン・オフ時比率で調整する。S1のオン時比率をD1,S2のオン時比率をD2とすると、D2は概ねVi・D1/D2となる。なお、図2に示すようにスイッチS1のオン時間をT1,スイッチS2のオン時間をT2とすると、D1=T1/(T1+T2),D2=T2/(T1+T2)で表わされる。インダクタLの直流重畳電流IL(=IR)は可変抵抗RLの抵抗値により調整する。上述の設定により、特性を把握したいインダクタLの動作状態を実動作を模したものに整える。
このようにインダクタLの動作状態を調節した後、デジタルシンクロスコープなどによりインダクタ電流iLの波形,インダクタ電圧vLの波形,インダクタ電流iLの平均値IL(=IR),インダクタ電流iLの実効値ILrms(iLの自乗平均の平方根),インダクタ電流iLの振幅ILpp=It−Ib(ItはiLの最大値、IbはiLの最小値)および可変抵抗RLの両端電圧VRを測定する。これらの測定結果より、インダクタンスLのインピーダンスを以下のように算出する。
The excitation frequency for measuring the impedance of the inductor L is determined by the on / off frequencies of the switches S1 and S2. The maximum value Vi of the inductor voltage vL is adjusted by the DC voltage power supply Vi, and the minimum value VR is adjusted by the on / off ratio of the switches S1 and S2. When the on-time ratio of S1 is D1 and the on-time ratio of S2 is D2, D2 is approximately Vi · D1 / D2. As shown in FIG. 2, when the on time of the switch S1 is T1 and the on time of the switch S2 is T2, D1 = T1 / (T1 + T2) and D2 = T2 / (T1 + T2). The DC superimposed current IL (= IR) of the inductor L is adjusted by the resistance value of the variable resistor RL. With the above-described setting, the operating state of the inductor L whose characteristics are to be grasped is adjusted to simulate the actual operation.
After adjusting the operating state of the inductor L in this way, the waveform of the inductor current iL, the waveform of the inductor voltage vL, the average value IL (= IR) of the inductor current iL, the effective value ILrms of the inductor current iL ( The root mean square of iL), the amplitude ILpp of the inductor current iL = It−Ib (It is the maximum value of iL, Ib is the minimum value of iL), and the voltage VR across the variable resistor RL is measured. From these measurement results, the impedance of the inductance L is calculated as follows.

最初にインダクタンスの算出方法を説明する。定常状態においてインダクタLに蓄積されるエネルギは抵抗RLで消費されるエネルギに等しい。インダクタLの励磁電流をIとすると、1周期T(=T1+T2)にインダクタが蓄えるエネルギWLは(1)式となる。ここで、便宜上インダクタLの純粋インダクタンス成分もLとした。   First, an inductance calculation method will be described. The energy stored in the inductor L in the steady state is equal to the energy consumed by the resistor RL. When the exciting current of the inductor L is I, the energy WL stored in the inductor in one cycle T (= T1 + T2) is expressed by equation (1). Here, the pure inductance component of the inductor L is also L for convenience.

Figure 0004423472
Figure 0004423472

一方、抵抗RLにより1周期Tに消費されるエネルギWRは(2)式で表わされる。 On the other hand, the energy WR consumed in one cycle T by the resistor RL is expressed by equation (2).

Figure 0004423472
Figure 0004423472

ここで、上述のようにWL=WRであるから、(1)式および(2)式よりインダクタンスLは次の(3)式で表わされる。 Since WL = WR as described above, the inductance L is expressed by the following equation (3) from the equations (1) and (2).

Figure 0004423472
Figure 0004423472

また、インダクタの損失を無視すると、図2のT2=D2・Tの期間(S1:オフ、S2:オン)におけるインダクタ電流iLの変化に関し、次の(4)式が成り立つ。 If the loss of the inductor is ignored, the following equation (4) is established with respect to the change of the inductor current iL in the period of T2 = D2 · T (S1: OFF, S2: ON) in FIG.

Figure 0004423472
Figure 0004423472

上の(4)式を変形するとインダクタLは次の(5)式で表わされる。 When the above equation (4) is modified, the inductor L is expressed by the following equation (5).

Figure 0004423472
Figure 0004423472

(3)式および(5)式より、I2は次式で表わされる。 From the equations (3) and (5), I 2 is represented by the following equation.

Figure 0004423472
Figure 0004423472

(3)式および(6)式よりインダクタLは最終的に次の(7)式で表わすことができる。ここで、PR=VR・IRであり、PRは抵抗RLが単位時間に消費するエネルギ(消費電力)である。 From the equations (3) and (6), the inductor L can be finally expressed by the following equation (7). Here, PR = VR · IR, and PR is energy (power consumption) consumed by the resistor RL per unit time.

Figure 0004423472
Figure 0004423472

(7)式により、抵抗RLで消費される電力PRおよび上述の測定結果からインダクタンスLを算出することができる。
次に、損出抵抗Rの算出について説明する。損失抵抗Rはインダクタの損失(インダクタで消費される電力)PLおよびインダクタ電流の実効値ILrmsより次式にて算出する。
From equation (7), the inductance L can be calculated from the power PR consumed by the resistor RL and the above measurement result.
Next, calculation of the loss resistance R will be described. The loss resistance R is calculated by the following equation from the inductor loss (power consumed by the inductor) PL and the effective value ILrms of the inductor current.

Figure 0004423472
Figure 0004423472

ここでインダクタの損失PLは次の(9)式により得られる。 Here, the loss PL of the inductor is obtained by the following equation (9).

Figure 0004423472
Figure 0004423472

(9)式において、積分範囲の0〜TはスイッチS1,S2のオン・オフ動作の1周期であり、インダクタが理想インダクタであればゼロになる。実際は損失分があるためゼロにはならず、その値から(8),(9)式により損失抵抗Rを算出するものである。 In the equation (9), 0 to T in the integration range is one cycle of the on / off operation of the switches S1 and S2, and becomes zero if the inductor is an ideal inductor. Actually, since there is a loss, it does not become zero, and the loss resistance R is calculated from the value by the equations (8) and (9).

実施例1の測定方法によるインダクタのインピーダンス測定結果の例を図3に示す。また、図3に測定結果を示すインダクタLを適用した図4の降圧型DC/DCコンバータに関し、実測値,図3に示す測定値を用いたシミュレーションの結果および従来の測定方法による測定値を用いたシミュレーション結果を図5に示す。なお、図4に示す降圧型DC/DCコンバータは出力電圧Voおよび出力電流Ioを供給するものであり、図中PMOSはスイッチングトランジスタ,NMOSは同期整流トランジスタ,Lは図3に測定結果を示すインダクタ,Coは出力コンデンサである。また、図4に示す降圧型DC/DCコンバータの動作条件は、スイッチング周波数1MHz,入力電圧4V,出力電圧2Vとした。図5に示すように、本発明の測定方法により測定したインダクタのインピーダンス値を用いたシミュレーションの結果は、従来の測定方法による測定値を用いたシミュレーション結果より実測に近いものになっている。すなわち、本発明によれば、実動作時のインダクタのインピーダンスを正確に把握することができるものである。   An example of the impedance measurement result of the inductor by the measurement method of the first embodiment is shown in FIG. Further, regarding the step-down DC / DC converter of FIG. 4 to which the inductor L showing the measurement result in FIG. 3 is applied, the actual measurement value, the simulation result using the measurement value shown in FIG. 3 and the measurement value by the conventional measurement method are used. The simulation results are shown in FIG. The step-down DC / DC converter shown in FIG. 4 supplies an output voltage Vo and an output current Io. In the figure, PMOS is a switching transistor, NMOS is a synchronous rectification transistor, and L is an inductor whose measurement results are shown in FIG. , Co are output capacitors. The operating conditions of the step-down DC / DC converter shown in FIG. 4 were a switching frequency of 1 MHz, an input voltage of 4V, and an output voltage of 2V. As shown in FIG. 5, the simulation result using the impedance value of the inductor measured by the measurement method of the present invention is closer to the actual measurement than the simulation result using the measurement value by the conventional measurement method. That is, according to the present invention, the impedance of the inductor during actual operation can be accurately grasped.

本発明の測定方法に用いられる測定回路の例である。It is an example of the measurement circuit used for the measuring method of the present invention. 測定時にインダクタLに流れる電流iLおよびインダクタLの両端の電圧(インダクタ電圧)vLの波形である。It is a waveform of the current iL flowing through the inductor L during measurement and the voltage (inductor voltage) vL across the inductor L. 本発明の測定方法によるインピーダンスの測定結果の例である。It is an example of the measurement result of the impedance by the measuring method of the present invention. 図3に測定結果を示すインダクタLを適用した降圧型DC/DCコンバータの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a step-down DC / DC converter to which an inductor L whose measurement results are shown in FIG. 3 is applied. 図4の降圧型DC/DCコンバータに関する実測値およびシミュレーション結果である。FIG. 5 shows actual measurement values and simulation results for the step-down DC / DC converter of FIG. 4. 直流電流が重畳した状態で動作するインダクタのインピーダンスに関する従来の測定方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional measuring method regarding the impedance of the inductor which operate | moves in the state which DC current superimposed. 従来の測定方法により測定されたインダクタンスLと損失抵抗Rの直流重畳特性について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the direct current superimposition characteristic of the inductance L and the loss resistance R which were measured with the conventional measuring method. インダクタを含む一般的な磁気素子の磁気特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic characteristic of the general magnetic element containing an inductor. 特許文献1に示されている測定装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the measuring apparatus shown by patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

C コンデンサ
D1 スイッチ手段S1のオン時比率
D2 スイッチ手段S2のオン時比率
L インダクタおよびそのインダクタンス
iL インダクタ電流
IL インダクタ電流iLの平均値
ILrms インダクタ電流iLの実効値
ILpp インダクタ電流iLの振幅
It インダクタ電流iLの最大値
Ib インダクタ電流iLの最小値
IR 可変抵抗RLに流れる電流
PL インダクタの損失(インダクタで消費される電力)
PR 可変抵抗RLでの消費電力
R インダクタの損失抵抗
RL 可変抵抗
S1,S2 スイッチ手段
T スイッチング手段S1,S2のオン・オフ動作の周期(=T1+T2)
T1 スイッチ手段S1がオン、スイッチ手段S2がオフの期間
T2 スイッチ手段S1がオフ、スイッチ手段S2がオンの期間
vL インダクタ電圧
VR 可変抵抗RLの両端電圧

C Capacitor D1 On-time ratio of switch means S1 D2 On-time ratio of switch means S2 L Inductor and its inductance iL Inductor current IL Average value of inductor current iL ILrms Effective value of inductor current iL ILpp Amplitude of inductor current iL It Inductor current iL Ib Minimum value of inductor current iL IR Current flowing through variable resistance RL PL Inductor loss (power consumed by inductor)
PR Power consumption at variable resistor RL R Loss resistance of inductor RL Variable resistor S1, S2 Switch means T Period of ON / OFF operation of switching means S1, S2 (= T1 + T2)
T1 period when the switch means S1 is on and switch means S2 is off T2 period when the switch means S1 is off and switch means S2 is on vL Inductor voltage VR Voltage across the variable resistor RL

Claims (6)

基準電位端子および出力端子を有する基準電源と、該基準電源の出力端子に一端を接続された第1のスイッチ手段と、該第1のスイッチ手段の他端に一端が接続された第2のスイッチ手段と、該第2のスイッチ手段の他端と前記基準電源の基準電位端子の間に抵抗およびコンデンサが並列に接続された回路の、前記第1のスイッチ手段の他端と前記基準電源の前記基準電位端子の間にインダクタを接続し、前記第1のスイッチ手段および前記第2のスイッチ手段をそれぞれ導通時間T1,T2で交互に導通させながら、前記抵抗および前記インダクタの電圧,電流および消費電力の少なくとも一部を測定し、その結果から前記インダクタのインピーダンスを算出することを特徴とするインピーダンス測定方法。 A reference power supply having a reference potential terminal and an output terminal, a first switch means having one end connected to the output terminal of the reference power supply, and a second switch having one end connected to the other end of the first switch means And the other end of the first switch means and the reference power supply in a circuit in which a resistor and a capacitor are connected in parallel between the other end of the second switch means and the reference potential terminal of the reference power supply. An inductor is connected between the reference potential terminals, and the first switch means and the second switch means are turned on alternately at conduction times T1 and T2, respectively, and the voltage, current and power consumption of the resistor and the inductor. And measuring the impedance of the inductor from the result. 前記抵抗に流れる電流、前記抵抗で消費する電力、前記インダクタに流れる電流、および前記第2のスイッチ手段の導通時間T2より前記インダクタのインダクタンスを算出することを特徴とする請求項1に記載のインピーダンス測定方法。 2. The impedance according to claim 1, wherein the inductance of the inductor is calculated from the current flowing through the resistor, the power consumed by the resistor, the current flowing through the inductor, and the conduction time T2 of the second switch means. Measuring method. 前記抵抗に流れる電流IR、前記抵抗で消費する電力PR、前記インダクタに流れる電流の最大値と最小値の差ILppをそれぞれ求め、さらにこれらの値と前記第2のスイッチ手段の導通時間T2より前記インダクタのインダクタンスLを下記(I)式により算出することを特徴とする請求項2に記載のインピーダンス測定方法。
Figure 0004423472
The current IR flowing through the resistor, the power PR consumed by the resistor, and the difference ILpp between the maximum value and the minimum value of the current flowing through the inductor are obtained, respectively, and further from these values and the conduction time T2 of the second switch means, 3. The impedance measuring method according to claim 2, wherein the inductance L of the inductor is calculated by the following equation (I).
Figure 0004423472
前記インダクタで消費される電力および前記インダクタに流れる電流より、前記インダクタの損失抵抗を算出することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のインピーダンス測定方法。 4. The impedance measuring method according to claim 1, wherein a loss resistance of the inductor is calculated from electric power consumed by the inductor and a current flowing through the inductor. 前記インダクタで消費される電力をPLとし、前記インダクタに流れる電流の実効値をILrmsとすると、前記インダクタの損失抵抗Rを下記(II)式により算出することを特徴とする請求項4に記載のインピーダンス測定方法。
Figure 0004423472
5. The loss resistance R of the inductor is calculated by the following equation (II), where PL is the power consumed by the inductor and ILrms is the effective value of the current flowing through the inductor. Impedance measurement method.
Figure 0004423472
T=T1+T2,前記インダクタに流れる電流をiLと,前記インダクタの両端電圧をvLとすると、前記インダクタで消費される電力PLを下記(III)式で算出することを特徴とする請求項5に記載のインピーダンス測定方法。
Figure 0004423472
6. The power PL consumed by the inductor is calculated by the following equation (III), where T = T1 + T2, the current flowing through the inductor is iL, and the voltage across the inductor is vL. Impedance measurement method.
Figure 0004423472
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