CN111366883A - 一种高精度磁芯损耗测试电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度磁芯损耗测试电路及方法，包括有磁芯绕组线圈T和相位补偿电容Cr，磁芯绕组线圈包括有励磁绕组M1和感应绕组M2，电源接口的第一端与励磁绕组M1的第一端电连接，励磁绕组的第二端与相位补偿电容Cr的第一端电连接，相位补偿电容Cr的第一端与感应绕组M2的第二端电连接，相位补偿电容Cr的第二端与电源接口的第二端电连接，感应绕组M2的第二端与相位补偿电容Cr的第二端作为第一电压输出电路的输出端U1，感应绕组M2的第一端与相位补偿电容Cr的第二端作为第二电压输出电路的输出端U2；该方案采用理论分析结合试验的方法，得出磁芯损耗的真实数据，方法简单，操作容易。

Description

一种高精度磁芯损耗测试电路及方法
技术领域
本发明涉及磁芯损耗计算领域，具体的，涉及一种高精度磁芯损耗测试电路及方法。
背景技术
电子设备一直在向小型化、轻薄化和高效率方向发展，对应到磁芯就需要更高功率密度和更低损耗的磁芯来满足发展需要；而磁芯损耗是体现磁芯效率高低的重要指标，磁芯损耗测试对磁芯的磁热设计有重要作用；随着对高频功率器件需求的增加，测试磁芯高频损耗更是成为了磁芯性能测试中必不可少的环节。
常规的磁芯高频损耗测试方法测试误差较大，多是通过模拟器模拟参数变化，进而得出各个调整参数，但模拟调试方法一旦应用于试验，则会出现诸多问题，因此，需要将理论结合实际应用，去测量实际的磁芯损耗，才能较客观真实的评价和分析磁芯的特性。
发明内容
本发明的目的是解决现场磁芯损耗测量与理论存在较大偏差的问题，设计了一种高精度磁芯损耗测试电路及方法，采用理论分析结合试验的方法，得出磁芯损耗的真实数据，方法简单，操作容易。
为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种高精度磁芯损耗测试电路，包括有磁芯绕组线圈T和相位补偿电容以及连接可调频率电源输出端的电源接口，所述磁芯绕组线圈包括有励磁绕组M1和感应绕组M2，所述电源接口的第一端与励磁绕组M1的第一端电连接，所述励磁绕组的第二端与相位补偿电容Cr的第一端电连接，所述相位补偿电容Cr的第一端与感应绕组M2的第二端电连接，所述相位补偿电容Cr的第二端与电源接口的第二端电连接，所述感应绕组M2的第二端与所述相位补偿电容Cr的第二端作为第一电压输出电路的输出端U1，所述感应绕组M2的第一端与所述相位补偿电容Cr的第二端作为第二电压输出电路的输出端U2。
本方案中，使用磁芯绕组线圈T，根据磁芯绕组线圈的参数和测试电源的频率，选择合适的低损耗相位补偿电容，进而补偿电流相位，使励磁绕组M1的励磁电流iR和感应绕组M2电压与相位补偿电容Cr电压之和v3之间的相位差大幅减小，从而显著减小相位偏差带来的测试误差。
作为优选，所述励磁绕组M1和感应绕组M2匝数比为1：1。
一种高精度磁芯损耗测试方法，包括如下步骤：
S1、根据所述测试电路的电气元器件的组成以及连接关系，在电路板上焊接此测试电路；
S2、根据磁芯的固有参数和测试频率确定相位补偿电容的大小；
S3、将可调频率的电源接入测试电路的电源接口，将电流测试仪的测试探头连接在励磁线圈T1的第一端；使用电压测量仪的测试探头分别接入到第一电压输出电路的输出端U1和第二电压输出电路的输出端U2；
S4、电源通电，电流测试仪测量励磁电流iR，电压测量仪测试第一电压输出电路的输出端U1的电压v2以及第二电压输出电路的输出端U2的电压v3；
S5、调节电源的输出电压Ui的大小，进而根据电压v2和v3的大小确定测试电路磁通密度B的大小；
S6、调节相位补偿电容Cr，使得iR和v3之间相位差
Figure BDA0002293885420000021
为零；
S7、计算磁芯损耗。
作为优选，所述步骤S5中，磁通密度B的计算公式如下：
Figure BDA0002293885420000022
其中，N2是感应绕组线圈匝数，Ae是磁芯有效横截面积。
作为优选，步骤S6中，相位补偿电容Cr与iR和v3之间相位差
Figure BDA0002293885420000023
之间的关系用如下公式表示：
Figure BDA0002293885420000024
其中，ω是测试频率，Lm是磁化电感，Rcore是等效磁芯损耗电阻。
作为优选，所述步骤S7中，磁芯损耗Pcore的计算公式如下：
Figure BDA0002293885420000025
其中，T表示测试频率所对应的周期。
本发明的有益效果：本发明通过设置测试电路，通过调节相位补偿电容，进而补偿励磁电流相位，使得，励磁电流iR的相位差与感应绕组线圈电压与相位补偿电容电压之和v3的相位差为零，进而测量磁芯损耗，采用理论分析结合试验的方法，得出磁芯损耗的真实数据，方法简单，操作容易。
附图说明
图1为本发明的一种高精度磁芯损耗测试电路的电路原理图。
图2为本发明的测试方法与传统测试方法的磁芯损耗测试比较曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：如图1所示，一种高精度磁芯损耗测试电路，包括有磁芯绕组线圈T和相位补偿电容Cr以及连接可调频率电源输出端的电源接口，磁芯绕组线圈T由励磁绕组M1和感应绕组M2，其中励磁绕组M1和感应绕组M2匝数比为1：1，电源接口的第一端与励磁绕组M1的第一端电连接，励磁绕组的第二端与相位补偿电容Cr的第一端电连接，相位补偿电容Cr的第一端与感应绕组M2的第二端电连接，相位补偿电容Cr的第二端与电源接口的第二端电连接，感应绕组M2的第二端与相位补偿电容Cr的第二端作为第一电压输出电路的输出端U1，感应绕组M2的第一端与所述相位补偿电容Cr的第二端作为第二电压输出电路的输出端U2。
本实施例中，使用磁芯绕组线圈T，根据磁芯绕组线圈的参数和测试电源的频率，选择合适的低损耗相位补偿电容Cr，进而补偿电流相位，使励磁绕组M1的励磁电流iR和感应绕组M2电压与相位补偿电容Cr电压之和v3之间的相位差大幅减小，从而显著减小相位偏差带来的测试误差。
一种高精度磁芯损耗测试方法，包括如下步骤：
步骤S1、根据上述测试电路的电气元器件的组成以及连接关系，在电路板上焊接此测试电路。
步骤S2、根据磁芯的固有参数和测试频率确定相位补偿电容Cr的大小。
步骤S3、将可调频率的电源接入测试电路的电源接口，将电流测试仪的测试探头连接在励磁线圈T1的第一端；使用电压测量仪的测试探头分别接入到第一电压输出电路的输出端U1和第二电压输出电路的输出端U2。
步骤S4、电源通电，电流测试仪测量励磁电流iR，电压测量仪测试第一电压输出电路的输出端U1的电压v2以及第二电压输出电路的输出端U2的电压v3。
步骤S5、调节电源的输出电压Ui的大小，进而根据电压v2和v3的大小确定测试电路磁通密度B的大小；
磁通密度B的计算公式如下：
Figure BDA0002293885420000041
其中，N2是感应绕组线圈匝数，Ae是磁芯有效横截面积。
步骤S6、调节相位补偿电容Cr，使得iR和v3之间相位差
Figure BDA0002293885420000042
为零；
相位补偿电容Cr与iR和v3之间相位差
Figure BDA0002293885420000043
之间的关系用如下公式表示：
Figure BDA0002293885420000044
其中，ω是测试频率，Lm是磁化电感，Rcore是等效磁芯损耗电阻。
步骤S7、计算磁芯损耗；
磁芯损耗Pcore的计算公式如下：
Figure BDA0002293885420000045
其中，T表示测试频率所对应的周期。
如图2所示，是本测试方法与传统测试方法的比较曲线图，由图可知：
在相同温度变化情况下，条件一：测试频率为1MHz，磁通密度B＝50mT，传统测试方法的测量误差本测试方法的测量误差高20％；
在相同温度变化情况下，条件二：测试频率为3MHz，磁通密度B＝30mT，传统测试方法的测量误差本测试方法的测量误差高70％。
在相同温度变化情况下，条件三：测试频率为5MHz，磁通密度B＝20mT，传统测试方法的测量误差本测试方法的测量误差高120％。
以上所述之具体实施方式为本发明一种高精度磁芯损耗测试电路及方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高精度磁芯损耗测试电路，其特征在于：包括有磁芯绕组线圈T和相位补偿电容Cr以及连接可调频率电源输出端的电源接口，所述磁芯绕组线圈T包括有励磁绕组M1和感应绕组M2，所述电源接口的第一端与励磁绕组M1的第一端电连接，所述励磁绕组M1的第二端与相位补偿电容Cr的第一端电连接，所述相位补偿电容Cr的第一端与感应绕组M2的第二端电连接，所述相位补偿电容Cr的第二端与电源接口的第二端电连接，所述感应绕组M2的第二端与所述相位补偿电容Cr的第二端作为第一电压输出电路的输出端U1，所述感应绕组M2的第一端与所述相位补偿电容Cr的第二端作为第二电压输出电路的输出端U2。
2.一种高精度磁芯损耗测试电路及方法，其特征在于：
所述励磁绕组M1和感应绕组M2匝数比为1：1。
3.一种高精度磁芯损耗测试方法，适用于如权利要求1或2所述的一种高精度磁芯损耗测试电路，其特征在于：包括如下步骤：
S1、根据所述测试电路的电气元器件的组成以及连接关系，在电路板上焊接此测试电路；
S2、根据磁芯的固有参数和测试频率确定相位补偿电容的大小；
S3、将可调频率的电源接入测试电路的电源接口，将电流测试仪的测试探头连接在励磁线圈M1的第一端；使用电压测量仪的测试探头分别接入到第一电压输出电路的输出端U1和第二电压输出电路的输出端U2；
S4、电源通电，电流测试仪测量励磁电流iR，电压测量仪测试第一电压输出电路的输出端U1的电压v2以及第二电压输出电路的输出端U2的电压v3；
S5、调节电源的输出电压Ui的大小，进而根据电压v2和v3的大小确定测试电路磁通密度B的大小；
S6、调节相位补偿电容Cr，使得iR和v3之间相位差
Figure FDA0002293885410000011
为零；
S7、计算磁芯损耗。
4.根据权利要求3所述的一种高精度磁芯损耗测试方法，其特征在于：
所述步骤S5中，磁通密度B的计算公式如下：
Figure FDA0002293885410000012
其中，N2是感应绕组线圈匝数，Ae是磁芯有效横截面积。
5.根据权利要求3所述的一种高精度磁芯损耗测试方法，其特征在于：
步骤S6中，相位补偿电容Cr与iR和v3之间相位差
Figure FDA0002293885410000013
之间的关系用如下公式表示：
Figure FDA0002293885410000021
其中，ω是测试频率，Lm是磁化电感，Rcore是等效磁芯损耗电阻。
6.根据权利要求3所述的一种高精度磁芯损耗测试方法，其特征在于：
所述步骤S7中，磁芯损耗Pcore的计算公式如下：
Figure FDA0002293885410000022
其中，T表示测试频率所对应的周期。
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