论文软磁磁芯高激励条件下的损耗测量技术，该文是测量技术方面有关论文范文检索和磁芯和损耗测量技术和激励方面电大毕业论文范文.
先进测量系统的首要要求是自动化测试,排除人为干扰因素；其次是测量过程要快速,避免测量过程中产生自热,间接影响到被测物的温升,从而产生系统误差；其三是准确度,主要体现在同样被测物,同样测量条件,同样绕组条件下测量数据的重复性.随着直流电网发展趋势,感性元件设计要兼顾直流偏置条件下,磁性参数的测量成为功率电子设计者越来越关心的题目.材料革新来自于功率电感,高功率密度,高效率是推进研发的动力,大电流意味着低导磁率,高效率指的是磁性材料及器件的低损耗.而只有直流偏置条件下的励磁电流才是磁芯损耗的根本原因.
综合以上几点对于软磁材料在高激励条件的测量需求,BsT系统提供了相应的解决方案.
1. 测量原理和现有国际电工委员会标准
依据国际电工委员会 62044-3, 测试损耗有以下各种方法：1) 共振法
2) 乘积法
伏安乘积法 （例如市场上常见的以Clark-Hess 功率仪为基础的系统）
示波器( 时域) 乘积法 ( 例如BsT-2, BsT-2 Pro BH Loop Analyzer）
示波器( 频域) 乘积法 （例如Iwatsu SY-8258）
电桥分析法 矢量分析法
3) 反射测量法
4) 散热测量法
现将常见的几种软磁材料交流磁性测试设备为例,从测量绕组绕线方式来对测试精度进行分析和研究.
2. 测量绕组及方式与测试精度的关系：
不同品牌和种类的软磁磁芯损耗测量系统,具有不同的样品测试绕线的接线方式.
例如以Clark-Hess 功率仪为基础的系统,采用的是单线圈绕组法对样品进行测试绕线的接线方式；而日本IWATSU 以及安博磁所代表的德国BsT-X BH 分析仪则采用了单线圈和双线圈绕组法对样品进行测试绕线的接线方式.
本文探讨了测试绕组方式对磁芯损耗精度的影响,采用何种测试绕组方式取决于磁芯阻抗特性( 等效损耗电阻、电感) 与铜绕线阻抗特性( 等效损耗电阻、漏电感),选择不同的绕线接线方式将影响所耗费的准备时间与期望的精度,理解各种接线方式有助于功耗量测工作的进行.
（1）单线圈绕组测试法：
典型的设备型号：
例如Clark-Hess 的功率仪为基础的系统；以及德国BST-1 BH Analyzer
右图为被测元件的单线圈绕组的示意图.
Zcore 为磁芯本身的阻抗,Zwire 为磁芯上绕组铜线产生的阻抗.测试到的被测元件的损耗由
两部分组成：
磁芯的损耗（铁损）+ 绕组产生的损耗（铜损）
此时采用单线圈绕线进行测试时,测试工作简单并且效率高.
对于一般功率铁氧体磁芯、非晶、纳米晶磁芯的测试来说,由于其磁导率高,测试时绕的匝数少,磁芯的阻抗远远大于绕线的阻抗,铜线的损耗往往可以忽略不计.适合于采用单线圈绕线的设备来进行损耗测试.
但是,当Zwire 不是远小于Zcore 时,Vm> V1,并且其差异无法忽略不计.
此时以Vm 来调整激励电源时将造成磁芯上的实际测试Bp 小于所设定的测试条件,使得所测试到的功耗Pv 值( 铜损+ 铁损)偏小,而所测的功耗Pv 因含铜绕线损耗而使所量测功耗Pv 高于实际磁芯功耗值Pcv.
对于一般金属磁粉芯的测试来说,由于其磁导率低,测试时绕的匝数多,绕线的阻抗增大,有时甚至高于磁芯的阻抗,铜线的损耗占了较大的比例,不可以忽略不计.采用单线圈绕线的设备来进行损耗测试,将产生非常大的误差,即使是人工估算由电阻去除铜线的损耗,所产生的不确定性也是非常大的.铜损估算往往以直流电阻为基础,即使考量到涡流和肌肤效应也非常困难有个准确的估算.因此来说,单绕组法的损耗测试接线方法不被推荐.而需要采用双线圈绕组测试法.
（2） 双线圈绕组测
试法：
典型的设备型号：BST-X 系列BHAnalyzerIWATSU SY- 系列双绕组线圈绕线的等效电路如右图,被测元件上的阻抗有3 个：磁芯的阻抗Zcore,绕组1 的阻抗Zwire1,绕组2 的阻抗Zwire2
当Zwire 不是远小于Zcore 时：绕组2 上的电压V2 为： V2(peak) 等于 (2πf) × N2 ×Ae×Bp
绕组1 上的电压V1 为： V1 等于 (N1/N2) ×V2 等于 (N1/N2) × Vm2实际量测的损耗值为：
该方法在次级绕组边测量得到的励磁电流,不受初级绕组边铜线绕组的影响,可以排除掉铜绕线的损耗,因此适合于绕线匝数多的、低磁导率的磁材测试,尤其是金属磁粉芯的损耗测试.
（3）双绕组线圈 + 一次侧串联电容测试法当待测物相角接近90°时,电压与电流测量时间误差造成的相角偏差将造成较大的功耗误差,以右图为例,原始V1, I1 相位 89.5°,当选择合适低损耗电容补偿后,以(4) 取代 (1),
Vm2B, I1 相位可降至 ~76°以下,这时相角偏差对功耗的影响将大大缩小.
以此接法可尽量排除法相角偏差造成的功耗误差,但除接线较为复杂外,还需选择合适的电容,另外在量测硬件上亦需加一个额外的波器频道以便观察 Vm2A是否达到测试所需的峰值磁通密度.
（4）三线圈绕组法-- 外加直流偏置下的损耗测试法:典型的设备型号：BsT Pro BH Analyzer除了常用的双绕组外,再加上了直流偏置绕组线圈N3.
N3 用来产生偏置磁场强度Hdc,所需的偏置电流Idc 为：Idc 等于 Hdc* Le / N3当控制偏置电流达到所需的数值后,即可依原方式量测功耗、增量导磁率、以及不对称的磁滞回线.这样得到的功耗数值可以用来描述高频纹波在正弦基波条件下软磁材料的功耗.也是损耗图谱（loss map）概念中的重要组成部分.
3. 待测物相角对测试精度的影响分析：
（1）损耗仪精度期望值与待测物相角密切相关
A. 以采用示波器法频域采样的Iwatsu SY-8218/8219 为例,其相角精度规格标准为： +/- 0.15o
由于这0.15o 的相角偏差,对应不同待测物相角而产生的功耗偏差如上图所示.
当相角为80o 时,待测物对应功耗偏差达1.5%
当相角为89o 时, 待测物对应功耗偏差达15%
当相角为89.5o 时,待测物对应功耗偏差达30%
B. 以采用伏安法的Clark-Hess 2335A 为例,其功耗精度规格标准为： +/- 0.2%VA + 10 digital,
由于这0.2%VA 的偏差,对应不同待测物相角而产生的功耗偏差如上图：
当相角80o 时,待测物对应功耗偏差1.13%
当相角89o 时,待测物对应功耗偏差11.5%
当相角89.5o 时,待测物对应功耗偏差22.9%
（2）功耗量测仪的精度重复性也与待测物相角密切相关：
以安博磁 BsT-2 交流损耗测试仪为例,对具有不同相角的磁芯进行损耗测试的结果如下：
A）. 20W 47ohm+/-1% 薄膜功率电阻： 相角接近0o, 单绕组线圈接线法
由于测量结果精确度和被测感件有关,尤其是相位角,所以对于测量系统性能的评估,往往是仅限于对于测量结果的重复性的考量.
4. 大尺寸低磁导率磁芯的损耗测试解决方案：
(1) 直流偏置条件下的损耗测量:
三线圈绕组法,典型的设备型号：BsT -Pro BH Analyzer实际使用中常常遇到尺寸大、磁导率低的磁粉芯的损耗难以测试,并且在有很大的直流偏置下工作,其真实的损耗更加难以测试和估计.因此实际地测试大尺寸磁粉芯的损耗,比用27mm小磁环来表征,将更加真实准确.BsT -Pro BH Analyzer 完美地解决了对于这个市场需求的回答.在原先的BsT2 系统上,通过增加直流电源流过第三绕组,可以定量地把直流偏置的条件增加到测试软件界面.成功地解决了直流偏置条件下大信号的测量任务,在测量功耗同时,还可以实现直流偏置条件下的增量导磁率,以及不对称的磁滞回线的定量精确描述.
BsT- Pro 直流偏置条件下的损耗测量结果：
铁氧体磁芯的损耗随着直流偏置递增时的变化情况为：在室温25kHz,20mT
（2） 超大磁芯的伏安耗自动测量平台：BsT-5 / 6/ 7损耗测试系统
安博磁成功地将现在铁氧体、磁粉芯行业中常用的手动测试模式的伏安乘积法损耗测试系统进行了升级改造,配上自动测试主机、电脑及BsT 测量操作软件,配置了双绕组的样品测试夹具,组合成为了自动化的测量平台.直接把电压和电流积分得出功耗数值显示于电脑屏幕,自动测量平台输入给软件界面.这是隶属于IEC62044/3 伏安乘积法的测试方法.通过合理驱动被测电感,完善了测量系统功能,并提升了激励能量,能够测试具有更大有效截面积的、低导磁率的合金磁粉芯,以及超大体积的铁氧体磁芯.目前磁粉芯测试范围可以达到521026（磁导率26 的磁芯）测到50kHz,50mT； 400026 尺寸可测到50kHz 100mT.
成功地将伏安乘积法提升到了不含绕线损耗的、精确的、快速的、自动化的损耗测试平台,损耗测试结果与日本岩崎的数据具有可对照性.成为世界上唯一可选的能够全自动精密测试超大磁粉芯的损耗测试设备.从而从根本上摆脱了以前需要根据样环损耗密度、和体积来进行推算,来作为大功率电感设计的被动局面.在软磁材料生产企业已经投资了的测试设备的基础上,可以对原有测试设备进行升级换代和改造,从而达到符合市场和运用的要求.
典型的设备型号有：
适合于合金磁粉芯产业的BsT-5 损耗测试系统:
由美国的CH2335A、日本的NF 信号发生器及功放,配合安博磁的德国BsT 测试主机和测试软件,以及电脑和数据库组成.
适合于铁氧体磁芯产业的BsT-6 损耗测试系统:
由美国的CH2335、德国的DrHubert 功放、国产的 Rigol信号发生器,配合安博磁的德国BsT 测试主机和测试软件,以及电脑和数据库组成.
以及通用款 BsT-7 损耗测试系统:
由德国的LMG610( 功能与CH2335A 相同)、 德国的DrHubert 功放、国产的Rigol 信号发生器,配合安博磁的德国BsT 测试主机和测试软件,以及电脑和数据库组成.
总结
本文针对软磁材料在高激励条件下的测量系统进行了介绍,对损耗测试处理过程中的问题和解决办法进行了叙述,并提出了系统的解决方案.
示波器法是测量软磁材料高激励条件下的最好选择
BsT-2 是测量低导磁率大磁芯首选仪器
BsT-Pro 提供直流偏置条件下的功耗数值,同时揭示饱和特性
BsT –X 系列BH 测试设备能够提供自动、简易、开放的测量系统,具有最好的性价能比以及升级换代的机会；满足当今功率电子运用的需求.
此文结论:这篇文章为关于磁芯和损耗测量技术和激励方面的相关大学硕士和测量技术本科毕业论文以及相关测量技术论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
参考文献：
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