DCバイアス電流ソース
6210 (10A)

磁性部品にDCバイアス電流検出を追加する目的

未磁化のフェライト材料（鉄、ニッケルなど）を通電した銅線のコイル内に入れると、磁場が発生し、変圧器やインダクタの構造に応用されます。回路が動作しているとき、十分に大きな電流がインダクタを通過すると、鉄心の磁場は飽和に達し、この時、インダクタの特性は低下します。

• インダクタの鉄心材料を選定する際には、鉄心の透磁率と磁飽和特性を考慮する必要があります。
• 鉄心を使ったインダクタには磁飽和問題があり、磁路が飽和するとインダクタンスLは低下します。
• 磁飽和特性がインダクタに与える影響として、軽度では発熱、重度では部品が焼損することがあります。

磁気飽和がインダクタに与える影響

スイッチング電源におけるインダクタ素子の中で、パワーインダクタは必須のエネルギー貯蔵素子であり、フィルタリングおよびスイッチング回路の正常動作を支えています。パワーインダクタに使用される磁心材料は主に二種類に分けられます。一つはフェライトコア、もう一つは鉄粉コアです。これら二種類のパワーインダクタは、磁気飽和特性において大きな違いがあります。

フェライトインダクタの特徴は、高透磁率の磁心材料がDC電流レベルや動作温度が一定の程度に達すると、急激にインダクタンスが低下する点です。フェライトが飽和状態に達すると、インダクタンスが急激に低下し、この時に発生する高いリップル電流は回路に永久的な損傷を与える可能性があります。

一方、鉄粉コアインダクタは、より安全な選択肢であり、広範なDC電流のバイアスおよび温度特性を持っています。そのため、完全な飽和状態になることは比較的少ないです。

選定モデル：インピーダンスアナライザー6632
コイル・インダクタ系部品の磁気飽和電流（Isat）解析に対応

MICROTESTのDCバイアス電流源テストシステムは、磁気飽和電流のカーブプロット解析機能を搭載しています。
スイープ結果から、インダクタンスの低下率（%）を迅速に視覚的に確認できます。

インダクタメーカーが定義する**磁気飽和電流（Isat）および温度上昇電流（Irms）**に対応した評価が可能です。

 回路設計において、インダクタに流れる瞬間的な最大電流は磁気飽和電流（Isat）を超えてはならず、また、実効電流は温度上昇電流（Irms）を超過してはなりません。
一般的に、両者ともに定格値に対して20〜30％のマージンを確保するのが望ましいとされています。

■ インダクタの主要定格パラメータ：定格電流

定格電流は、以下の2つの指標によって構成されます：

磁気飽和電流（Isat）
インダクタンスが定格初期値から20〜30％低下した時点の電流値。この電流を超えると磁心が飽和し、設計された電気的特性を保持できなくなります。

温度上昇電流（Irms）
インダクタが動作状態にある際に、自己発熱による温度上昇が40℃以内となるような電流値。
多くのインダクタメーカーは、この「ΔT=40℃」を基準としてIrmsを定義しています。

MICROTESTのDCバイアス電流源テストシステムは、温度上昇電流（Irms）のグラフ解析機能を提供します。

    MICROTESTの温度上昇スキャン機能における測定方式

• IDC（直流バイアス電流）は、インダクタの温度上昇がTr°Cに達する際の直流電流値として定義されます。

• 導体として用いられる銅線の温度係数は、一般的に約3,930 ppm/°Cとされています。

• よって、温度上昇 Tr の条件下における直流抵抗（RDC）は以下の式で表されます：
  　　RDC_Tr = RDC × (1 + 0.00393 × Tr)

• 熱抵抗（Rth）が大きい場合、同じ電流が流れた際の温度上昇が大きくなることを意味します。

電動車の心臓部品 – パワーインダクタの温度上昇特性は信頼性評価の非常に重要な鍵です。
電動車の車載電子機器の安定性の中で、DC-DCコンバータにおいて、パワーインダクタはICと並ぶ重要なコア部品です。適切なインダクタを選定することで、非常に高い変換効率を実現できます。

特に、自動車の信頼性検証において最も重要なのは温度上昇特性であり、車載オーディオシステム、車両の照明、電源管理システムなどにおいて、パワーインダクタは高飽和、低損失、優れた温度特性を持つ必要があります。

MICROTESTの温度上昇スキャン機能を使用すると、インダクタが運転中に電流によって引き起こされる温度変化を観察でき、エンジニアは定格電流の確認や、不足した電流が原因で表面温度が高くなる問題を回避することができます。

MICROTEST 6243＋6632は、フィルタインダクタの磁気飽和特性を検証するための、最適な高周波解析ツールです。

6223＋6632は、DCバイアス電流源と高周波インピーダンスアナライザを組み合わせたシステムであり、高周波応答は100Hz〜10MHzに対応し、最大出力電流は120Aまでサポートしています。
フィルタ回路において、**磁気飽和はインダクタが磁場に応答できる限界といえます。**磁場がさらに増加しても、インダクタはその変化に反応しなくなります。
磁束（Φ）は Φ = L × I ÷ N によって表され、一般的にインダクタンスが大きいほど、飽和電流は小さくなります。

アプリケーション事例 – 3CノートパソコンにおけるAC-DC電源

電力網におけるEMI（電磁干渉）の課題は、フィルタ回路設計において常に重要な要素の一つです。
EMIノイズが電子機器全体に侵入すると、システム全体の動作が不安定になるため、EMIフィルタはこの問題を解決するための重要なソリューションです。
その中でもフィルタインダクタの品質は、EMIフィルタモジュール全体の性能を大きく左右します。

設計方式としては、EMIフィルタモジュールと主回路を同一の筐体内に配置することが多く、主回路が発熱した場合、熱エネルギーが伝導し、共模インダクタに磁気飽和を引き起こす可能性があります。
さらに、温度上昇により、マンガン亜鉛系高透磁率コアの磁束密度が低下する現象が発生しやすくなります。
加えて、開回路インダクタンス比や漏れインダクタンスの値もフィルタインダクタの性能に影響を与える重要な因子となります。

2つのグラフ曲線を設定することができ、TRACE Aはインダクタンス(L)、TRACE Bはインピーダンス(Z)を示します。DCバイアスを加えた分析により、インダクタの飽和特性を確認できます。

インダクタは直流電流下ではショートのように振る舞い、交流電流下では高いインピーダンスを示します。回路での基本的な用途としては、調整、エネルギー蓄積、クロストーク抑制、フィルタリングなどがあります。スイッチングコンバータのアプリケーションにおいて、インダクタは最も重要なエネルギー蓄積素子であり、出力キャパシタと組み合わせてローパスフィルタを形成し、出力電圧のリップルを小さくします。そのため、フィルタリング機能においても重要な役割を果たしています。しかし、磁気飽和が発生するとフィルタリング効果が低下します。DCバイアスソーステストシステムを使用して、2つのパラメータを使い2つの曲線を描き、磁気飽和特性を分析することができます。

インピーダンス図からは、インダクタが異なる周波数でどのように動作するかを確認できます。インダクタのインピーダンスは周波数に比例しており（Z = 2πfL）、周波数が高くなるほど、リアクタンスは交流抵抗よりも大きくなるため、インピーダンスは純粋なインダクタと同様の動作をします（位相は90°）。さらに高周波数帯域に進むと、寄生容量の影響が現れ、インピーダンスの自己共振周波数点が確認でき、この点を越えるとインピーダンスは下がり、キャパシタンスに近い動作となり、位相は次第に-90°に変化します。

6632Sシリーズのアップグレードオプションでは、7種類の等価回路モデルを提供し、寄生パラメータが全体インピーダンスに与える影響を分析します。

実際の生産ラインでは、理想的なインダクタが存在しないため、銅線で巻かれたインダクタのように、銅線上の寄生キャパシタンスや線間で形成されるキャパシタンス、インダクタに並列接続される等価インピーダンスなどが、インダクタの全体的な品質に予想外の影響を与えることがあります。

6632Sシリーズのインピーダンスアナライザーは、7種類の等価回路モデル分析を提供します。A、B、Fの3つのモデルは、インダクタの3端子/4端子構成における等価回路分析に使用できます。寄生パラメータR1、L1、C1を変更して、寄生パラメータの変化によるインピーダンスカーブをシミュレートし、実際の部品とシミュレートしたカーブの特性を比較することで、エンジニアが製品検証を効率的に進めるのを支援します。

インダクタの等価回路分析を通じて、自己共振周波数(SRF)では、インダクタと寄生キャパシタンスが並列共振回路を形成し、このとき並列交流抵抗(R)が主要な要素となります。SRFはインダクタの最高インピーダンス点であり、SRF周波数を超えるとキャパシタンス要素が支配的な要素に変わるため、インダクタはインダクタンスを失います。

フィルタ回路の設計エンジニアにとって、6632Sの等価回路モデルを使用して分析することで、インピーダンスが十分に抵抗によって制御されている限り、SRFを超えるインダクタを適切な減衰目標周波数として使用できます。

エネルギー貯蔵型DC-DCコンバータ回路設計のエンジニアにとって、破壊的な電流スパイクや共振を避けるためには、インダクタが自己共振周波数(SRF)を超える周波数で動作することができないため、等価回路分析を利用して、寄生パラメータが部品の周波数特性に与える影響を確認することが重要です。

MICROTEST直流バイアス電流源測定システムは、透磁率（導磁係数）の分析および測定機能を内蔵しています。
カーブスキャン分析機能を利用して、透磁率の虚数部 r'' および実数部 r' の周波数ごとの特性を選択し、インダクタが適切な周波数帯域で動作するかどうかを迅速に分析できます。

機器は透磁率（μr' / μr''）の測定機能を内蔵しており、さまざまな磁性材料の透磁特性を迅速に分析することができます。

鐵芯與鐵氧體鐵芯飽和特性大不同，其中關鍵參數為導磁特性，鐵氧體鐵芯的導磁率會徒降，而鐵粉芯可緩慢降低

一般的に高周波インダクタにはフェライトコアが使用されます。

ニッケル亜鉛（NiZn）またはマンガン亜鉛（MnZn）を含むフェライト化合物を使用しており、これは矯頑磁力（コエルシビティ）が低いソフトフェライト材料に属します。マンガン亜鉛およびニッケル亜鉛フェライトは、比較的高い相対透磁率（相対磁導率；μr）を持ち、それぞれ約1500～15000と100～1000です。これらの利点は、高い透磁率によって一定の体積で高いインダクタンスが得られることです。欠点は、耐飽和電流が低く、フェライトコアが飽和すると磁導率が急激に低下することです。

粉末鉄コアはソフトマグネット材料に分類されます。

異なる素材の鉄粉合金または鉄粉のみで作られており、配合には異なる粒度の非導磁材料が含まれているため、飽和曲線の挙動が比較的穏やかです。粉末鉄コアは多くがトロイダル（環状）形状をしており、一般的な粉末鉄コアには鉄シリコンアルミニウム合金（Sendust）、鉄ニッケルモリブデン合金（MPP）、鉄ニッケル合金（high flux）、鉄粉コア（iron powder）などがあります。

• 鉄ニッケルモリブデン合金（MPP）

MPPは、「モリブデンパーマロイ粉末」の略で、相対磁導率は約14〜500、飽和磁束密度は7500ガウス（ガウス）に達します。鉄酸化物（フェライト）の飽和磁束密度（約4000〜5000ガウス）よりも高い値です。MPPは、最小の鉄損失と高い温度安定性を持つため、粉末鉄芯の中で最も優れた特性を発揮します。直流電流が飽和電流（ISAT）に達すると、インダクタンスはゆっくりと減少し、急激な変化を避けることができます。この特性は、電源装置やEMIフィルターなどに最適です。

• 鉄シリコンアルミ合金鉄芯

鉄シリコンアルミ合金鉄芯は、鉄、シリコン、アルミニウムを主成分とする合金材料で、相対磁導率は約26～125です。鉄損は鉄粉コア、MPPおよび鉄ニッケル合金の中間に位置し、飽和磁束密度はMPPを超え、約10,500ガウスに達します。温度安定性や飽和電流特性はMPPおよび鉄ニッケル合金に比べて若干劣りますが、鉄粉コアや鉄酸化物コアに比べると優れており、EMIフィルタ、力率補正（PFC）回路、スイッチング電源のパワーインダクタに広く使用されています。

• 鉄ニッケル合金鉄芯

鉄ニッケル合金鉄芯は、鉄とニッケルを組み合わせた材料で、相対磁導率は約14～200です。鉄損と温度安定性は、MPPおよび鉄シリコンアルミ合金の間に位置しています。この鉄芯の飽和磁束密度は最高で約15000ガウスに達し、直流偏流電流に対する耐性も高く、DC偏流特性に優れています。そのため、主にPFC（力率改善）回路、エネルギー貯蔵インダクタ、フィルタインダクタ、フライバック型コンバータの高周波変圧器などに使用されます。

• 鉄粉コア

鉄粉コアは、非常に小さい鉄粉粒子を使用し、粒子同士が絶縁されるように製造されています。この製造方法により、コア内に分散された隙間が形成されます。鉄粉コアの相対磁導率は約10～75で、飽和磁束密度は約15,000ガウスです。粉末鉄芯の中では、鉄粉コアは最も高い鉄損を持ちますが、その分、コストも最も低いという特徴があります。

MICROTEST直流バイアス測定システムを利用して、お客様に最適なインダクタを分析し、より効率的に磁気飽和の測定を完了します。
測定機器を通じて、重要なパラメータであるLs（インダクタンス）、Q（品質係数）、Z（インピーダンス）、DCR（直流抵抗）を選択し、周波数信号を100kHz、AC電圧信号を1Vに設定します。
インダクタンスの測定値は2.07μHで、直流バイアス200Aを加えることで、インダクタンス値が1.02μHまで低下することが確認できます。

リストモード（List mode）を使用することで、以下のような多段階測定を設定可能です。
第1ステップでは、インダクタンスコイルの基本的なインダクタンス値を測定します。
第2ステップでは、DCバイアス電流源を接続し、DCバイアス電流印加後のインダクタンス値を測定します。

これにより、直流バイアスがインダクタ特性に与える影響を段階的に評価することができます。

標準付属品

オプション付属品

PCリンクソフトウェア
DIP部品DCバイアステスト治具(F6210)
SMD部品DCバイアステスト治具(F6220)
SMD部品DCバイアステスト治具(F6240)
BNC+BNC ケーブル