CN112578187B - 高频变压器损耗测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种HFT损耗测量系统和方法。HFT损耗测量系统应用于DUT，DUT包括HFT、原边引出端、副边引出端和外壳，其中，HFT完全包裹在外壳中，HFT包括磁芯、原边绕组和副边绕组，原边引出端与原边绕组相连，副边引出端与副边绕组相连，外壳外形为长方体；HFT损耗测量系统包括温度测量装置、损耗测量装置和处理装置，损耗测量装置包括绕组损耗测量装置和/或磁芯损耗测量装置。DUT对外界的散热通过测量DUT外壳表面的温度来获知，这种操作方式比较简单。同时，基于HFT的绕组损耗和/或磁芯损耗与温度之间的对应关系确定HFT的总损耗与温度之间的对应关系，进而确定实际总损耗。可以有效降低设备的复杂度和操作难度，并可以降低设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体地，涉及一种高频变压器损耗测量系统和方法。
背景技术
隔离双向DC-DC变换器(Isolated Bidirectional DC-DC Converter，简称IBDC)广泛应用于储能系统、电动汽车、数据中心等许多领域中。常见类型的IBDC都必须依赖于高频变压器(High-Frequency Transformer，简称HFT)，以实现电压变比、隔离耐压等功能，同时HFT的损耗和体积会对IBDC的效率和功率密度产生显著影响。为了优化IBDC的效率和功率密度，需要建立准确的HFT损耗模型，进一步地，需要准确的HFT损耗测量值作为数据支撑。
HFT损耗测量方法的首要需求是高精度，其次是成本低、易实现。传统的测量HFT损耗的方法包括电信号法和量热法。其中，电信号法测量损耗在效率很高时误差很大，并且对示波器的带宽要求非常高，同样的仪器精度条件下，损耗测量误差随着工作频率的提高迅速增加；此外，在任意波形激励下，电信号法测量损耗更为复杂，误差也更大。量热法测量损耗的主要优点是精度高，且精度不受频率和激励波形影响，但已有的量热法都需要严格测量HFT与外界环境之间的换热，因此需要额外的装置，设备成本高，并且安装过程复杂。
发明内容
为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，提供一种HFT损耗测量系统和方法。
根据本发明一个方面，提供一种HFT损耗测量系统，应用于待测设备(DeviceUnder Test，简称DUT)，DUT包括HFT、原边引出端、副边引出端和外壳，其中，HFT完全包裹在外壳中，HFT包括磁芯、原边绕组和副边绕组，原边引出端与原边绕组相连，副边引出端与副边绕组相连，外壳外形为长方体；
HFT损耗测量系统包括温度测量装置、损耗测量装置和处理装置，损耗测量装置包括绕组损耗测量装置和/或磁芯损耗测量装置，其中，
温度测量装置用于测量外壳表面的温度；
绕组损耗测量装置用于与原边引出端连接，并且用于在原边引出端上施加直流电压并测量原边引出端上的第一电压以及原边引出端中的第一电流；
磁芯损耗测量装置用于分别与原边引出端和副边引出端连接，并且用于在原边引出端上施加交流电压并测量副边引出端上的第二电压和原边引出端中的第二电流；
处理装置用于：
执行确定第一对应关系的第一对应操作，和/或，执行确定第二对应关系的第二对应操作，其中，第一对应关系是HFT的绕组损耗与外壳表面的温度之间的对应关系，第二对应关系是HFT的磁芯损耗与外壳表面的温度之间的对应关系；
基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系，其中，第三对应关系是HFT的总损耗与外壳表面的温度之间的对应关系；
基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗，其中，实际温度数据是温度测量装置在HFT处于待测工况下时测量获得的温度数据；
其中，第一对应操作包括：基于在绕组损耗校准阶段绕组损耗测量装置测量获得的第一电压的电压数据和第一电流的电流数据以及温度测量装置测量获得的温度数据，确定第一对应关系；
第二对应操作包括：基于在磁芯损耗校准阶段磁芯损耗测量装置测量获得的第二电压的电压数据和第二电流的电流数据以及温度测量装置测量获得的温度数据，确定第二对应关系，其中，在磁芯损耗校准阶段，HFT置于空载状态。
示例性地，温度测量装置包括热成像仪。
示例性地，温度测量装置包括温度传感器。
示例性地，绕组损耗测量装置包括直流电源、电流表、电压表和第一开关，其中，
直流电源用于与原边引出端连接，并用于提供直流电压；
电压表与直流电源并联，用于测量第一电压；
电流表与直流电源串联，用于测量第一电流；
第一开关与直流电源串联，用于连通或断开直流电源与原边引出端之间的连接通路。
示例性地，磁芯损耗测量装置包括交流电源、示波器装置和第二开关，交流电源用于与原边引出端连接，并用于提供交流电压；
示波器装置用于测量第二电压和第二电流，其中，示波器装置包括示波器、电压探头和电流探头，电压探头和电流探头分别与示波器连接，电压探头用于与副边引出端连接，电流探头与交流电源连接；
第二开关与交流电源串联，用于连通或断开交流电源与原边引出端之间的连接通路。
示例性地，处理装置分别与温度测量装置和损耗测量装置连接。
根据本发明另一方面，还提供一种HFT损耗测量方法，应用于上述HFT损耗测量系统，其中，HFT损耗测量方法包括校准步骤和损耗测量步骤，校准步骤包括绕组损耗校准步骤和/或磁芯损耗校准步骤，
绕组损耗校准步骤包括：
在绕组损耗校准阶段，利用绕组损耗测量装置在原边引出端上依次施加多个不同幅值的直流电压，并测量与多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一电压电流数据，每组第一电压电流数据包括与当前幅值的直流电压相对应的第一电压的第一电压数据以及第一电流的第一电流数据；
在绕组损耗校准阶段，利用温度测量装置测量与多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一温度数据；
利用处理装置基于多组第一电压电流数据计算与多个不同幅值的直流电压一一对应的多个绕组损耗值；
利用处理装置确定多个绕组损耗值与多组第一温度数据之间的对应关系，以获得第一对应关系；
磁芯损耗校准步骤包括：
在磁芯损耗校准阶段，利用磁芯损耗测量装置在原边引出端上依次施加多个不同幅值的交流电压，并测量与多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二电压电流数据，每组第二电压电流数据包括与当前幅值的交流电压相对应的第二电压的第二电压数据以及第二电流的第二电流数据；
在磁芯损耗校准阶段，利用温度测量装置测量与多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二温度数据；
利用处理装置基于多组第二电压电流数据计算与多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值；
利用处理装置确定多个磁芯损耗值与多组第二温度数据之间的对应关系，以获得第二对应关系；
损耗测量步骤包括：
在HFT处于待测工况下时，利用温度测量装置测量获得实际温度数据；
利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系；
利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗。
示例性地，利用处理装置基于多组第二电压电流数据计算与多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值包括：
利用处理装置，按照如下公式(1)计算多个磁芯损耗值中的每个磁芯损耗值Pc：
其中，Te为当前幅值的交流电压的变化周期，n12为原边绕组与副边绕组的匝数之比，u2为与当前幅值的交流电压相对应的第二电压数据，i2为与当前幅值的交流电压相对应的第二电流数据，dt为时间的微分。
示例性地，在温度测量装置包括热成像仪的情况下，温度测量装置测量获得的温度数据包括与外壳所有表面上的多个温度区域一一对应的多个温度值，每个温度区域具有对应的面积，
利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用处理装置，将第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地或者将第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(2)和(3)中进行拟合，以计算α1,α2:
P＝∫Γ(α1+α2T)TdA 公式(2)；
T＝T1-T0 公式(3)；
其中，O为绕组损耗值或磁芯损耗值；T1为第一温度数据中的每个温度值或第二温度数据中的每个温度值；T0为环境温度值；dA为面积的微分；Γ为外壳所有表面的面积；α1,α2为常数系数；
利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗包括：
利用处理装置，在确定α1,α2之后，将实际温度数据代入公式(4)和(5)中，计算获得实际总损耗：
O′＝∫Γ(α1+α2T′)T′dA 公式(4)；
T′＝T′1-T′0 公式(5)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′1为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的每个温度值；T′0为环境温度值；其中，第三对应关系采用公式(4)和(5)表示。
示例性地，在温度测量装置包括温度传感器的情况下，温度测量装置测量获得的温度数据包括与外壳的六个表面一一对应的六组温度数据，每组温度数据包括对应表面上的至少一个特征点处的温度值，其中，每个特征点用于表征对应表面上的特定表征区域，六个表面上的任意两个特征点所表征的表征区域不重合，且六个表面中的任一当前表面上的所有特征点所表征的表征区域相加后覆盖整个当前表面，
利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用处理装置，将第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地或者将第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(6)和(7)中进行拟合，以计算α3，α4：
Ti＝T2i-T0 公式(7)；
其中，P为绕组损耗值或磁芯损耗值；T2i为第一温度数据中的第i个特征点的温度值或第二温度数据中的第i个特征点的温度值；T0为环境温度值；Ai为第i个特征点所表征的表征区域的面积；α3，α4为常数系数；其中，i＝1，2......，N1，N1是六个表面上的所有特征点的总数目；
利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗包括：
利用处理装置，在确定α3，α4之后，将实际温度数据代入公式(8)和(9)中，计算获得实际总损耗：
P′＝α3∑iAiT′i 2+α4∑iAiT′i 公式(8)；
T′i＝T′2i-T′0 公式(9)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′2i为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第i个特征点的温度值；T′0为环境温度值；其中，第三对应关系采用公式(8)和(9)表示。
示例性地，在温度测量装置包括温度传感器的情况下，温度测量装置测量获得的温度数据包括与外壳的六个表面一一对应的六组温度数据，每组温度数据包括对应表面上的至少一个特征点处的温度值，其中，每个特征点用于表征对应表面上的特定表征区域，六个表面上的任意两个特征点所表征的表征区域不重合，且六个表面中的任一当前表面上的所有特征点所表征的表征区域相加后覆盖整个当前表面，
利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用处理装置，将第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地并且将第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(10)-(16)中进行拟合，以计算α5，α6，α7，α8，γw，γc：
P＝P1+P2 公式(10)；
其中，
Ti＝T3i-T0 公式(13)；
tj＝T3j-T0 公式(14)；
P1、P2同时还满足：
P1＝γwPw+γcPc 公式(15)；
P2＝(1-γw)Pw+(1-γc)Pc 公式(16)；
其中，Pw为绕组损耗值；Pc为磁芯损耗值；P为总损耗值；T3i为第一温度数据中的第i个特征点的温度值或第二温度数据中的第i个特征点的温度值；T3j为第一温度数据中的第j个特征点的温度值或第二温度数据中的第j个特征点的温度值；T0为环境温度值；Ai为第i个特征点所表征的表征区域的面积；Aj为第j个特征点所表征的表征区域的面积；α5，α6，α7，α8，γw，γc为常数系数；其中，第i个特征点属于六个表面中的第一组表面，第j个特征点属于六个表面中的第二组表面，i＝1，2......，N1，N1是第一组表面上的所有特征点的总数目，j＝1，2......，N2，N2是第二组表面上的所有特征点的总数目，其中，第一组表面中的每个表面是与变压器绕组之间的距离比与磁芯之间的距离更近的表面，第二组表面中的每个表面是与磁芯之间的距离比与变压器绕组之间的距离更近的表面，变压器绕组包括原边绕组和副边绕组；
利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的总损耗包括：
利用处理装置，在确定α5，α6，α7，α8，γw，γc之后，将实际温度数据代入公式(17)-(21)中，计算获得总损耗：
P′＝P′1+P′2 公式(17)；
其中，
P′1＝α5∑iAiT′i 2+α6∑iAiT′i 公式(18)；
P′2＝α7∑jAjT′j 2+α8∑jAjT′j 公式(19)；
T′i＝T′3i-T′0 公式(20)；
T′j＝T′3j-T′0 公式(21)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′3i为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第i个特征点的温度值；T′3j为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第j个特征点的温度值；T′0为环境温度值；其中，第三对应关系采用公式(17)-(21)表示。
示例性地，HFT损耗测量方法还包括：
利用处理装置，在确定α5，α6，α7，α8，γw，γc之后，将实际温度数据代入公式(18)-(21)以及如下公式(22)-(23)中，计算获得HFT在待测工况下的绕组损耗和磁芯损耗：
P′1＝γwp′w+γcp′c 公式(22)；
P′2＝(1-γw)p′w+(1-γc)p′c 公式(23)；
其中，p′w为待计算的绕组损耗值；p′c为待计算的磁芯损耗值。
根据本发明实施例的HFT损耗测量系统和方法，DUT对外界的散热通过测量DUT外壳表面的温度来获知，这种操作方式比较简单。同时，对HFT的绕组损耗和/或磁芯损耗与温度之间的对应关系进行测量和计算，基于HFT的绕组损耗和/或磁芯损耗与温度之间的对应关系确定HFT的总损耗与温度之间的对应关系，进而只需测量HFT在待测工况下DUT外壳表面的温度，就可以确定HFT在待测工况下的总损耗。相对于电信号法，这种HFT损耗测量方案与传统量热法一样可以使得精度不受HFT效率和工作频率的影响，但是相对于传统量热法，该HFT损耗测量方案在提高损耗测量精度的同时不需要额外安装复杂的装置，可以有效降低设备的复杂度和操作难度，并可以降低设备成本。
在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1示出了根据本发明一个实施例的DUT以及用来测量该DUT中的HFT的损耗的HFT损耗测量系统的示意性结构图；
图2A示出采用包含公式(2)-(5)的实施例计算实际总损耗的示例性仿真结果；
图2B示出采用包含公式(6)-(9)的实施例计算实际总损耗的示例性仿真结果；
图2C示出采用包含公式(10)-(21)的实施例计算实际总损耗的示例性仿真结果；以及
图3示出根据本发明一个实施例的损耗分类步骤的示例性仿真结果。
具体实施方式
在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅示例性地示出了本发明的优选实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行详细描述。
为了解决HFT损耗测量中，电信号法在额定工况下精度低、而传统量热法安装和操作复杂的问题，本发明实施例提供了一种新的HFT损耗测量方案，包括一种HFT损耗测量系统和一种HFT损耗测量方法。
下面将参照图1描述根据本发明一个实施例的HFT损耗测量系统。图1示出了根据本发明一个实施例的DUT 110以及用来测量该DUT 110中的HFT的损耗的HFT损耗测量系统的示意性结构图。
如图1所示，DUT 110可以包括需要测量损耗的HFT、原边引出端111、副边引出端112和外壳113，其中，所述HFT完全包裹在外壳113中，HFT可以包括磁芯114、原边绕组115、副边绕组116，原边引出端111与原边绕组115相连，副边引出端112与副边绕组116相连。如图1所示，HFT还可以包括绝缘介质117，HFT的主体(包括磁芯114、原边绕组115和副边绕组116)与外壳113之间填充有绝缘介质117，通过绝缘介质117将HFT的主体与外壳113隔绝开。外壳113的外形为长方体。比较可取的是，保证外壳113的材质均匀，表面平整，以使得DUT110与外界之间近似仅通过对流换热方式散热，进而使得DUT 110对外界的散热情况可以通过测量外壳113表面的温度来比较准确地获得。
HFT损耗测量系统包括温度测量装置120和损耗测量装置，所述损耗测量装置可以包括绕组损耗测量装置130和/或磁芯损耗测量装置140。
温度测量装置120用于测量外壳113表面(即DUT 110表面)的温度。示例性地，温度测量装置120可以采用热成像仪或温度传感器实现。
绕组损耗测量装置130用于与DUT 110的原边引出端111相连，并且绕组损耗测量装置130可以用于在所述原边引出端111上施加直流电压，并测量原边引出端111上的第一电压u1以及原边引出端111中的第一电流i1。可以理解，第一电压的大小等于所施加的直流电压的大小。示例性地，如图1所示，绕组损耗测量装置130可以包括直流电源E、电压表V、电流表A和第一开关K1。直流电源E用于与原边引出端111连接，并用于提供直流电压。电压表V与直流电源E并联，用于测量第一电压。电流表A与直流电源E串联，用于测量第一电流。第一开关K1与直流电源E串联，用于连通或断开直流电源E与原边引出端111之间的连接通路。需理解，图1所示的绕组损耗测量装置130的结构仅是示例而非对本发明的限制。
磁芯损耗测量装置140用于分别与DUT 110的原边引出端111和副边引出端112相连。磁芯损耗测量装置140用于在原边引出端111上施加交流电压，并测量副边引出端112上的第二电压u2和原边引出端111中的第二电流i2。如图1所示，磁芯损耗测量装置140可以包括交流电源e、示波器装置(仅示出示波器，未明确示出示波器装置中的电压探头和电流探头)和第二开关K2。交流电源e用于与原边引出端111连接，并用于提供交流电压。示波器装置用于测量第二电压u2和第二电流i2，其中，示波器装置包括示波器、电压探头和电流探头，电压探头和电流探头分别与示波器连接，电压探头用于与副边引出端112连接，电流探头与交流电源e连接。第二开关K2与交流电源e串联，用于连通或断开交流电源e与原边引出端112之间的连接通路。需理解，图1所示的磁芯损耗测量装置140的结构仅是示例而非对本发明的限制。本领域技术人员可以理解上述示波器装置中示波器、电压探头和电流探头各自的作用和工作原理，本文不赘述。此外，测量第二电压和第二电流的装置可以采用任何合适的能够测量电压和电流的装置实现，并不局限于本申请所描述的示波器装置。
此外，HFT损耗测量系统还可以包括处理装置(未示出)。处理装置可以采用任何具有数据处理能力和/或指令执行能力的装置实现，包括但不限于个人计算机、服务器等电子设备。此外，所述处理装置可以采用数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、微处理器中的至少一种硬件形式来实现，所述处理装置可以是中央处理单元(CPU)、图像处理器(GPU)、专用的集成电路(ASIC)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元中的一种或几种的组合，并且可以控制与其连接的其它装置以执行期望的功能。
在一个实施例中，处理装置可以独立于温度测量装置120和损耗测量装置设置。可选地，温度测量装置120输出的温度数据(包括下述第一温度数据、第二温度数据、实际温度数据等)、绕组损耗测量装置130输出的电压和电流数据(包括下述第一电压电流数据)以及磁芯损耗测量装置140输出的电压和电流数据(包括下述第二电压电流数据)中的一项或多项，可以由用户通过输入装置输入至处理装置。输入装置与处理装置连接，输入装置可以是诸如麦克风、键盘、触摸屏等任何能够接收输入信息的装置。用户可以通过诸如键盘和/或触摸屏的输入装置输入文本信息，还可以通过诸如麦克风的输入装置输入语音信息。上述温度测量装置120输出的温度数据、绕组损耗测量装置130输出的电压和电流数据以及磁芯损耗测量装置140输出的电压和电流数据中的任一项可以至少通过文本信息和/或语音信息表示。可选地，上述温度测量装置120输出的温度数据、绕组损耗测量装置130输出的电压和电流数据以及磁芯损耗测量装置140输出的电压和电流数据中的任一项还可以存储在诸如闪存(flash)、移动硬盘等存储设备中，并通过这些存储设备转移至处理装置中。
在另一个实施例中，处理装置可以分别与温度测量装置120和损耗测量装置连接，所述连接可以是有线或无线连接。所述处理装置还可以用于自温度测量装置120接收温度数据(包括下述第一温度数据、第二温度数据、实际温度数据等)，自绕组损耗测量装置130接收电压和电流数据(例如下述第一电压电流数据)，并自磁芯损耗测量装置140接收电压和电流数据(例如下述第二电压电流数据)。温度测量装置120、绕组损耗测量装置130和磁芯损耗测量装置140可以各自将自己测得的数据通过有线或无线传输方式传输给处理装置，以由处理装置进行后续的处理。这种数据传输方式无需人工参与，可以自动化、智能化地实现HFT损耗测量的整个流程，用户体验比较好。
处理装置可以用于：执行确定第一对应关系的第一对应操作，和/或，执行确定第二对应关系的第二对应操作，其中，第一对应关系是HFT的绕组损耗与外壳表面的温度之间的对应关系，第二对应关系是HFT的磁芯损耗与外壳表面的温度之间的对应关系；基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系，其中，第三对应关系是HFT的总损耗与外壳表面的温度之间的对应关系；基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗，其中，实际温度数据是温度测量装置在HFT处于待测工况下时测量获得的温度数据；其中，第一对应操作包括：基于在绕组损耗校准阶段绕组损耗测量装置测量获得的第一电压的电压数据和第一电流的电流数据以及温度测量装置测量获得的温度数据，确定第一对应关系；第二对应操作包括：基于在磁芯损耗校准阶段磁芯损耗测量装置测量获得的第二电压的电压数据和第二电流的电流数据以及温度测量装置测量获得的温度数据，确定第二对应关系，其中，在磁芯损耗校准阶段，HFT置于空载状态。
下面结合图1所示的HFT损耗测量系统描述HFT损耗测量方法的实现流程，以便更好地理解HFT损耗测量系统的工作原理。
根据本发明实施例的HFT损耗测量方法可以包括校准步骤以及损耗测量步骤，所述校准步骤可以包括绕组损耗校准步骤和/或磁芯损耗校准步骤。可以理解，在HFT损耗测量系统包括绕组损耗测量装置130的情况下，HFT损耗测量方法可以包括基于该绕组损耗测量装置130实现的绕组损耗校准步骤；在HFT损耗测量系统包括磁芯损耗测量装置140的情况下，HFT损耗测量方法可以包括基于该磁芯损耗测量装置140实现的磁芯损耗校准步骤。
在一个实施例中，绕组损耗校准步骤可以包括：在绕组损耗校准阶段，利用绕组损耗测量装置在原边引出端上依次施加多个不同幅值的直流电压，并测量与多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一电压电流数据，每组第一电压电流数据包括与当前幅值的直流电压相对应的第一电压的第一电压数据以及第一电流的第一电流数据；在绕组损耗校准阶段，利用温度测量装置测量与多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一温度数据；利用处理装置基于多组第一电压电流数据计算与多个不同幅值的直流电压一一对应的多个绕组损耗值；利用处理装置确定多个绕组损耗值与多组第一温度数据之间的对应关系，以获得第一对应关系。可以理解，利用处理装置所执行的“基于多组第一电压电流数据计算与多个不同幅值的直流电压一一对应的多个绕组损耗值”以及“利用处理装置确定多个绕组损耗值与多组第一温度数据之间的对应关系，以获得第一对应关系”的操作属于上述第一对应操作。
绕组损耗校准阶段、磁芯损耗校准阶段和实际测量阶段分别是不同的时间段。在绕组损耗校准阶段，可以使绕组损耗测量装置130工作，磁芯损耗测量装置140不工作。例如，参考图1，在绕组损耗校准阶段，可以闭合第一开关K1、断开第二开关K2，利用直流电源E在DUT 110的原边引出端111上依次施加多个不同幅值的直流电压，同时记录每次施加直流电压时电压表V与电流表A的示数，以及温度测量装置120测得的温度。
处理装置可以获取在施加不同幅值的直流电压的过程中，电压表V测得的电压数据(第一电压数据)、电流表A测得的电流数据(第一电流数据)以及温度测量装置120测得的温度数据(第一温度数据)。施加每个直流电压的过程中，HFT可以带负载，也可以空载，不影响绕组损耗的计算。处理装置可以针对每个直流电压，基于对应的第一电压数据和第一电流计算绕组损耗。由于每个直流电压下的温度是已知的，因此，可以获得绕组损耗和温度的对应关系(第一对应关系)。在施加直流电压的情况下，绕组损耗基本等于总损耗，因此，绕组损耗和温度的对应关系相当于总损耗和温度的对应关系。这样，在实际需要测量损耗的待测工况下，测量获得外壳113表面当前的温度，就可以对应计算出当前的总损耗。
可以理解，在每次施加当前幅值的直流电压时，第一电压数据基本是某一固定的电压值，第一电流数据基本是某一固定的电流值，因此，可以针对每个直流电压，通过计算与当前幅值的直流电压相对应的第一电压数据和第一电流数据之间的积来计算与当前幅值的直流电压相对应的绕组损耗。即，Pw＝u1×i1，其中，Pw是绕组损耗，u1是第一电压数据，i1是第一电流数据。假设共施加了10个不同幅值的直流电压，则可以计算获得10个绕组损耗值Pw。同时，针对这10个不同幅值的直流电压，还可以测量获得10组第一温度数据，由此，可以获得10个绕组损耗值Pw与10组第一温度数据之间的一一对应关系。
在一个实施例中，磁芯损耗校准步骤可以包括：在磁芯损耗校准阶段，利用磁芯损耗测量装置在原边引出端上依次施加多个不同幅值的交流电压，并测量与多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二电压电流数据，每组第二电压电流数据包括与当前幅值的交流电压相对应的第二电压的第二电压数据以及第二电流的第二电流数据；在磁芯损耗校准阶段，利用温度测量装置测量与多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二温度数据；利用处理装置基于多组第二电压电流数据计算与多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值；利用处理装置确定多个磁芯损耗值与多组第二温度数据之间的对应关系，以获得第二对应关系。
在磁芯损耗校准阶段，可以使磁芯损耗测量装置140工作，绕组损耗测量装置130不工作。例如，参考图1，可以断开第一开关K1、闭合第二开关K2，利用交流电源e，在DUT 110的原边引出端111上依次施加不同幅值的交流电压，并且在每次施加某一幅值的交流电压时，可以利用示波器装置测量原边引出端111中的第二电流i2和副边引出端112上的第二电压u2，同时记录温度测量装置120测得的温度。可以理解，不同幅值的交流电压是指交流电压的最大值是不同的，例如，假设共施加10个不同幅值的具有正弦波形的交流电压，这10个正弦波形的周期可以不变，但是最大值彼此不同。
处理装置可以接收在施加不同幅值的交流电压的过程中，示波器装置测得的电压数据(第二电压数据)和电流数据(第二电流数据)以及温度测量装置120测得的温度数据(第二温度数据)。施加每个交流电压的过程中，HFT需要空载。处理装置针对每个交流电压，基于对应的第二电压数据和第二电流数据计算磁芯损耗。由于每个交流电压下的温度是已知的，因此，可以获得磁芯损耗和温度的对应关系(第二对应关系)。在施加交流电压的情况下，磁芯损耗基本等于总损耗，因此，磁芯损耗和温度的对应关系相当于总损耗和温度的对应关系。这样，在实际需要测量损耗的待测工况下，测量获得当前的温度，就可以对应计算出当前的总损耗。
可以理解，在每次施加当前幅值的交流电压时，第二电压数据可以包括随交流电压波形变化的一系列连续或离散的电压值，第二电流数据可以包括随交流电压波形变化的一系列连续或离散的电流值，因此，可以针对每个交流电压，按照以下公式(1)来计算与当前幅值的交流电压相对应的磁芯损耗值Pc：
其中，Te为当前幅值的交流电压的变化周期，n12为原边绕组与副边绕组的匝数之比，u2为与当前幅值的交流电压相对应的第二电压数据，i2为与当前幅值的交流电压相对应的第二电流数据，dt为时间的微分。
假设共施加了10个不同幅值的交流电压，则可以计算获得10个磁芯损耗值Pc。同时，针对这10个不同幅值的交流电压，还可以测量获得10组第二温度数据，由此，可以获得10个磁芯损耗值Pc与10组第二温度数据之间的一一对应关系。
确定第一对应关系和/或第二对应关系之后，可以执行后续的损耗测量步骤。损耗测量步骤包括：在HFT处于待测工况下时，利用温度测量装置测量获得实际温度数据；利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系；利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗。
基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系可以有多种实现方式，这将在下文描述。确定总损耗与温度之间的对应关系之后，只需测量HFT处于待测工况下时外壳113表面的温度，即可以对应确定待测工况下的总损耗。待测工况可以是任何需要测量损耗的工况，例如额定工况等。
根据本发明实施例，DUT对外界的散热通过测量DUT外壳表面的温度来获知，这种操作方式比较简单。同时，对HFT的绕组损耗和/或磁芯损耗与温度之间的对应关系进行测量和计算，基于HFT的绕组损耗和/或磁芯损耗与温度之间的对应关系确定HFT的总损耗与温度之间的对应关系，进而只需测量HFT在待测工况下DUT外壳表面的温度，就可以确定HFT在待测工况下的总损耗。相对于电信号法，这种HFT损耗测量方案与传统量热法一样可以使得精度不受HFT效率和工作频率的影响，但是相对于传统量热法，该HFT损耗测量方案在提高损耗测量精度的同时不需要额外安装复杂的装置，可以有效降低设备的复杂度和操作难度，并可以降低设备成本。
在温度测量装置120采用不同装置实现，采集到不同形式的温度数据的情况下，可以采用不同的方式拟合总损耗和温度之间的对应关系。下面分别描述温度测量装置为热成像仪和温度传感器时的拟合方案。
在一个实施例中，表面温度测量装置120包括热成像仪，温度测量装置120测量获得的温度数据(包括第一温度数据、第二温度数据、实际温度数据等)包括与外壳113所有表面上的多个温度区域一一对应的多个温度值，每个温度区域具有对应的面积，
利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系可以包括：
利用处理装置，将第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地或者将第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(2)和(3)中进行拟合，以计算α1，α2：
P＝∫Γ(α1+α2T)TdA 公式(2)；
T＝T1-T0 公式(3)；
其中，P为绕组损耗值或磁芯损耗值；T1为第一温度数据中的每个温度值或第二温度数据中的每个温度值；T0为环境温度值；dA为面积的微分；Γ为外壳所有表面的面积；α1，α2为常数系数；
利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定高频变压器在待测工况下的实际总损耗包括：
利用处理装置，在确定α1，α2之后，将实际温度数据代入公式(4)和(5)中，计算获得实际总损耗：
P′＝∫Γ(α1+α2T′)T′dA 公式(4)；
T′＝T′1-T′0 公式(5)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′1为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的每个温度值；T′0为环境温度值；其中，第三对应关系采用公式(4)和(5)表示。
可以理解，公式(4)-(5)与公式(2)-(3)的形式是一致的，即实际上是在拟合出α1，α2之后将实际温度数据代入回原公式(2)-(3)中来计算总损耗，但是为了便于理解，将公式(2)-(3)与公式(4)-(5)分开描述。下面的公式(6)-(7)与(8)-(9)以及(10)-(16)与(17)-(23)存在同样的情况，不再赘述。
在本文中，各环境温度值可以预先测量和设置，例如设置为常温。此外，也可以在每次测量电压电流数据以及温度数据时，单独测量环境温度值。也可以在每个阶段(例如整个绕组损耗校准阶段或整个磁芯损耗校准阶段或整个实际测量阶段)各测量一次环境温度值。
在一个实施例中，温度测量装置可以包括六个热成像仪，这六个热成像仪可以一一对应地对准外壳113的六个表面，进而各自采集获得六个表面的温度数据。在这种情况下，热成像仪的位置可以是固定的。在另一个实施例中，温度测量装置可以仅包括一个热成像仪，可以通过人工或机械控制的方式移动该热成像仪的位置，使其逐一对准外壳113的六个表面，进而逐一采集获得六个表面的温度数据。当然，还可以采用其他装置设置方式以及采集方式，总之结果是采集获得外壳113的六个表面的温度数据。
对于每个表面来说，该表面的温度数据可以是诸如热力图的数据形式，热力图中的每个像素与外壳113的表面上的一个区域(本文称为温度区域)相对应，热力图中的每个像素的像素值可以表示外壳113的表面上的对应温度区域处的温度值。这样，每个表面的温度数据可以包括若干温度区域处的温度值的集合，六个表面的温度数据包括六个这样的温度值集合。例如，可以用{T11，T12……T1s1；T21,T22……T2S2；……；T61,T62……T6S6}表示六个表面的温度数据，其中，s1-s6分别表示六个表面各自的温度值的总数目。在校准阶段，针对每个直流电压或每个交流电压，均可以采集到一个这样的温度值集合。在实际测量阶段下，也可以采集到一个这样的温度值集合。
在热成像仪的实施例中，可以通过以下方式拟合第三对应关系。例如，在绕组损耗校准阶段，在任一直流电压(例如20V)下，测得第一温度数据{T11，T12……T1s1；T21,T22……T2S2；……；T61,T62……T6S6}，其中，每个温度值代表对应表面上的某一温度区域处的温度，该温度区域具有一定的面积。将第一温度数据中的所有温度值以及每个温度值对应的面积代入上述公式(2)和(3)中进行积分，并且同时代入该直流电压下计算获得的绕组损耗值。同时，对所有施加的直流电压均进行上述代入操作(例如，施加10个直流电压，则一一对应地代入10个绕组损耗值以及各自对应的第一温度数据)，基于所有直流电压下的测量结果进行拟合，获得α1和α2的值。
随后，在待测工况下，可以测量获得六个表面的温度数据(实际温度数据)，此时α1和α2已知，只需将实际温度数据代入公式(4)和(5)，就可以计算获得与实际温度数据对应的总损耗值，即获得待测工况下的总损耗。
在另一个实施例中，温度测量装置可以包括温度传感器。在温度测量装置包括温度传感器的情况下，温度测量装置测量获得的温度数据包括与外壳的六个表面一一对应的六组温度数据，每组温度数据包括对应表面上的至少一个特征点处的温度值，其中，每个特征点用于表征对应表面上的特定表征区域，六个表面上的任意两个特征点所表征的表征区域不重合，且六个表面中的任一当前表面上的所有特征点所表征的表征区域相加后覆盖整个当前表面。
示例性地，温度测量装置可以包括六组温度传感器，每组温度传感器可以包括一个或多个温度传感器。这六组温度传感器可以一一对应地对准外壳113的六个表面，进而各自采集获得六个表面的温度数据。在这种情况下，温度传感器的位置可以是固定的。在另一个实施例中，温度测量装置可以仅包括一个温度传感器，可以通过人工或机械控制的方式移动该温度传感器的位置，使其逐一对准外壳113的六个表面，进而逐一采集获得六个表面的温度数据。当然，还可以采用其他装置设置方式以及采集方式，总之结果是采集获得外壳113的六个表面的温度数据。
对于每个表面来说，对准该表面的每个温度传感器采集获得的可以是该表面的某一位置处的温度值，可以用该位置处的温度值代表该表面上的某一区域的温度。每个温度传感器原本对准和测量的位置称为特征点，采用该特征点处的温度值代表对应表面上的某一区域的温度时，该特征点所表征的区域称为表征区域。任意两个特征点所表征的表征区域是不重合的，且任一表面上的所有特征点所表征的表征区域相加后覆盖整个表面。
例如，如果针对前表面仅采用一个温度传感器采集温度数据，则将其采集的温度值视为前表面整个表面的温度。又例如，如果针对前表面采用两个温度传感器采集温度数据且这两个温度传感器左右并列布置，则将左边的温度传感器采集的温度值视为前表面的左半个表面的温度，并将右边的温度传感器采集的温度值视为前表面的右半个表面的温度。这样，每个表面的温度数据可以包括若干特征点处的温度值的集合，六个表面的温度数据包括六个这样的温度集合。例如，可以用{T11，T12……T1k1；T21,T22……T2k2；……；T61,T62……T6k6}表示六个表面的温度数据，其中，k1-k6分别表示六个表面各自的温度值的总数目(即各自的特征点的总数目)。在校准阶段，针对每个直流电压或每个交流电压，均可以采集到一个这样的温度值集合。在实际测量阶段下，也可以采集到一个这样的温度值集合。与热成像仪不同的是，采用温度传感器采集到的温度数据中，每个表面所对应的温度集合可以仅包括一个或少数几个的温度值。
温度测量装置包括温度传感器的实施例可以分为至少两种情况。一种是不对六个表面进行区分，将六个表面同等处理。另外一种是将六个表面根据与变压器绕组和磁芯之间的距离划分为第一组表面和第二组表面，分别用不同的公式进行处理。前一种情况计算简单，数据处理压力小，测量速度快；后一种情况损耗测量精度更高，并且除能够计算总损耗以外，还可以计算待测工况下的绕组损耗和磁芯损耗，实现对损耗的更精确分类。
下面首先介绍第一种情况。在该实施例中，利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用处理装置，将第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地或者将第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(6)和(7)中进行拟合，以计算α3，α4：
Ti＝T2i-T0 公式(7)；
其中，P为绕组损耗值或磁芯损耗值；T2i为第一温度数据中的第i个特征点的温度值或第二温度数据中的第i个特征点的温度值；T0为环境温度值；Ai为第i个特征点所表征的表征区域的面积；α3，α4为常数系数；其中，i＝1，2......，N1，N1是六个表面上的所有特征点的总数目；
利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定高频变压器在待测工况下的实际总损耗包括：
利用处理装置，在确定α3，α4之后，将实际温度数据代入公式(8)和(9)中，计算获得实际总损耗：
P′＝α3∑iAiT′i 2+α4∑iAiT′i 公式(8)；
T′i＝T′2i-T′0 公式(9)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′2i为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第i个特征点的温度值；T′0为环境温度值；其中，第三对应关系采用公式(8)和(9)表示。
可以通过以下方式拟合第三对应关系。例如，在绕组损耗校准阶段，在任一直流电压(例如20V)下，测得第一温度数据{T11，T12......T1k1；T21，T22......T2k2；......；T61，T62......T6k6}，其中，每个温度值代表对应表面上的某特征点处的温度，该特征点具有一定的表征面积。将第一温度数据中的所有温度值以及每个温度值对应的表征面积代入上述公式(6)和(7)中进行求和，并且同时代入该直流电压下计算获得的绕组损耗值。同时，对所有施加的直流电压均进行上述代入操作(例如，施加10个直流电压，则一一对应地代入10个绕组损耗值以及各自对应的第一温度数据)，基于所有直流电压下的测量结果进行拟合，获得α3和α4的值。
随后，在待测工况下，可以测量获得六个表面的温度数据(实际温度数据)，此时α3和α4已知，只需将实际温度数据代入公式(8)和(9)，就可以计算获得与实际温度数据对应的总损耗值，即获得待测工况下的总损耗。
下面首先介绍第二种情况。在该实施例中，利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用处理装置，将第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地并且将第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(10)-(16)中进行拟合，以计算α5，α6，α7，α8，γw，γc：
P＝P1+P2 公式(10)；
其中，
Ti＝T3i-T0 公式(13)；
tj＝T3j-T0 公式(14)；
P1、P2同时还满足：
P1＝γwPw+γcPc 公式(15)；
P2＝(1-γw)Pw+(1-γc)Pc 公式(16)；
其中，Pw为绕组损耗值；Pc为磁芯损耗值；P为总损耗值；T3i为第一温度数据中的第i个特征点的温度值或第二温度数据中的第i个特征点的温度值；T3j为第一温度数据中的第j个特征点的温度值或第二温度数据中的第j个特征点的温度值；T0为环境温度值；Ai为第i个特征点所表征的表征区域的面积；Aj为第j个特征点所表征的表征区域的面积；α5，α6，α7，α8，γw，γc为常数系数；其中，第i个特征点属于六个表面中的第一组表面，第j个特征点属于六个表面中的第二组表面，i＝1，2......，N1，N1是第一组表面上的所有特征点的总数目，j＝1，2......，N2，N2是第二组表面上的所有特征点的总数目，其中，第一组表面中的每个表面是与变压器绕组之间的距离比与磁芯之间的距离更近的表面，第二组表面中的每个表面是与磁芯之间的距离比与变压器绕组之间的距离更近的表面，变压器绕组包括原边绕组和副边绕组；
利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定高频变压器在待测工况下的总损耗包括：
利用处理装置，在确定α5，α6，α7，α8，γw，γc之后，将实际温度数据代入公式(17)-(21)中，计算获得总损耗：
P′＝P′1+P′2 公式(17)；
其中，
P′1＝α5∑iAiT′i 2+α6∑iAiT′i 公式(18)；
P′2＝α7∑jAjT′j 2+α8∑jAjT′j 公式(19)；
T′i＝T′3i-T′0 公式(20)；
T′j＝T′3j-T′0 公式(21)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′3i为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第i个特征点的温度值；T′3j为与待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第j个特征点的温度值；T′0为环境温度值；其中，第三对应关系采用公式(17)-(21)表示。
在本实施例中，将外壳的六个表面划分为两组表面区别对待进行处理。P1表示与第一组表面相关的损耗，P2表示与第二组表面相关的损耗。任一表面与变压器绕组之间的距离可以根据需要以任何合适的方式进行衡量。例如，变压器绕组可以包含多个点。在一个示例中，可以用任一表面与变压器绕组上的指定点之间的距离代表该表面与变压器绕组之间的距离。指定点是预先指定的点，例如变压器绕组的核心点等。在另一个示例中，可以用任一表面与变压器绕组上的最近点之间的距离代表该表面与变压器绕组之间的距离，最近点是指变压器绕组上与该表面距离最近的点。变压器绕组包括原边绕组和副边绕组，在衡量变压器绕组与表面之间的距离时，可以将原边绕组和副边绕组视作一个整体。
类似地，任一表面与磁芯之间的距离可以根据需要以任何合适的方式进行衡量。例如，磁芯可以包含多个点。在一个示例中，可以用任一表面与磁芯上的指定点之间的距离代表该表面与磁芯之间的距离。指定点是预先指定的点，例如磁芯的核心点等。在另一个示例中，可以用任一表面与磁芯上的最近点之间的距离代表该表面与磁芯之间的距离，最近点是指磁芯上与该表面距离最近的点。
第一组表面和第二组表面各自包含的表面与高频变压器的结构有关。例如，在某些型号的高频变压器中，第一组表面可以包括前后左右表面，第二组表面可以包括上下表面。这种情况可以参照图1所示示例。又例如，在某些型号的高频变压器中，第一组表面可以包括前后上下表面，第二组表面可以包括左右表面。第一组表面和第二组表面还可以具有其他配置，不再一一列举。
由于磁芯和绕组在空间分布上的差异，使得磁芯损耗和绕组损耗在第一组表面以及第二组表面中的散热贡献是存在一定差别的，将这种差别考虑进去，有助于更准确地确定待测工况下的总损耗。此外，与其他实现方案相比，这种方案有助于实现对绕组损耗和磁芯损耗的分类。
可以通过以下方式拟合第三对应关系。例如，在绕组损耗校准阶段，在任一直流电压(例如20V)下，测得第一温度数据{T111，T112……T11k1；T121,T122……T12k2；……；T161,T162……T16k6}，其中，每个温度值代表对应表面上的某特征点处的温度，该特征点具有一定的表征面积。将第一温度数据中的所有温度值以及每个温度值对应的表征面积代入上述公式(10)-(16)中进行计算，并且同时代入该直流电压下计算获得的绕组损耗值Pw。此时的磁芯损耗值Pc为0。同时，对所有施加的直流电压均进行上述代入操作(例如，施加10个直流电压，则一一对应地代入10个绕组损耗值以及各自对应的第一温度数据)，基于所有直流电压下的测量结果进行拟合。此外，在磁芯损耗校准阶段，在任一交流电压(例如幅值为15V)下，测得第二温度数据{T2l1,T212……T21k1；T221,T222……T22k2；……；T261,T262……T26k6}，其中，每个温度值代表对应表面上的某特征点处的温度，该特征点具有一定的表征面积。将第二温度数据中的所有温度值以及每个温度值对应的表征面积代入上述公式(10)-(16)中进行计算，并且同时代入该交流电压下计算获得的磁芯损耗值Pc。此时的绕组损耗值Pw为0。同时，对所有施加的交流电压均进行上述代入操作(例如，施加10个交流电压，则一一对应地代入10个磁芯损耗值以及各自对应的第二温度数据)，基于所有交流电压下的测量结果进行拟合。结合上述绕组损耗校准阶段和磁芯损耗校准阶段的测量结果一起进行拟合，计算获得α5,α6,α7,α8,γw,γc的值。
随后，在待测工况下，可以测量获得六个表面的温度数据(实际温度数据)，此时α5，α6，α7，α8，γw，γc已知，只需将实际温度数据代入公式(17)-(21)，就可以计算获得与实际温度数据对应的总损耗值，即获得待测工况下的总损耗。
根据本发明实施例，高频变压器损耗测量方法还可以包括：
利用处理装置，在确定α5，α6，α7，α8，γw，γc之后，将实际温度数据代入公式(18)-(21)以及如下公式(22)-(23)中，计算获得高频变压器在待测工况下的绕组损耗和磁芯损耗：
P′1＝γwp′w+γcp′c 公式(22)；
P′2＝(1-γw)p′w+(1-γc)p′c 公式(23)；
其中，p′w为待计算的绕组损耗值；p′c为待计算的磁芯损耗值。
如上所述，在区分第一组表面与第二组表面的实施例中，还可以进行损耗分类。在α5，α6，α7，α8，γw，γc已知的情况下，只需将实际温度数据继续代入公式(18)-(23)，就可以计算获得与实际温度数据对应的绕组损耗值和磁芯损耗值，即获得待测工况下的绕组损耗和磁芯损耗。
图2A示出采用包含公式(2)-(5)的实施例计算实际总损耗的示例性仿真结果。图2B示出采用包含公式(6)-(9)的实施例计算实际总损耗的示例性仿真结果。图2C示出采用包含公式(10)-(21)的实施例计算实际总损耗的示例性仿真结果。在图2A-2C中，实线表示实际的损耗值，虚线表示所计算的损耗值，仿真采用的工况为磁芯损耗取额定值95W，绕组损耗取5W～77W之间的不同值。根据仿真结果，根据上述三种方法计算实际总损耗时，计算结果的最大误差分别为不超过0.1W、约2.7W、约1.7W，额定工况(即绕组损耗为77W)下的相对误差分别为不超过0.1％、约1％、约1％。
图3示出根据本发明一个实施例的损耗分类步骤的示例性仿真结果，实线表示实际的损耗值，虚线表示所计算的损耗值，仿真采用的工况为磁芯损耗为额定值95W，绕组损耗取5W～77W之间的不同值。在图3中，上方的两条线(实线和虚线)对应于磁芯损耗值，下方的两条线(实线和虚线)对应于绕组损耗值。根据仿真结果，额定工况(即绕组损耗为77W)下，绕组损耗、磁芯损耗的计算误差分别为4.6W、6.2W，相对误差分别为6％和7％。
总之，根据本发明实施例的HFT损耗测量方案，可以用较简单的装置和操作(测量外壳表面的温度)实现较高的损耗测量精度，第三对应关系的确定可以直接利用HFT本身的绕组和/或磁芯实现，不需要额外的装置和安装过程，可以在额定的工况和环境条件下测量，可以进一步实现损耗的分类，且测量精度在各类工况下都较为稳定。
应注意，以上各个实施例描述中，在两个元件“连接”时，这两个元件可以直接连接，也可以通过一个或多个中间元件/介质间接地连接。两个元件连接的方式可包括接触方式或非接触方式。本领域技术人员可以对以上描述的示例连接方式进行等价替换或修改，这样的替换或修改均落入本申请的保护范围内。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“竖向”、“垂直”、“水平”和“顶”、“底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内”、“外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述图中所示的一个或多个部件或特征与其他部件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语不但包含部件在图中所描述的方位，还包括使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件被整体倒置，则部件“在其他部件或特征上方”或“在其他部件或特征之上”的将包括部件“在其他部件或构造下方”或“在其他部件或构造之下”的情况。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。此外，这些部件或特征也可以其他不同角度来定位(例如旋转90度或其他角度)，本文意在包含所有这些情况。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的HFT损耗测量系统中的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种高频变压器损耗测量系统，应用于待测设备，所述待测设备包括高频变压器、原边引出端、副边引出端和外壳，其中，所述高频变压器完全包裹在所述外壳中，所述高频变压器包括磁芯、原边绕组和副边绕组，所述原边引出端与所述原边绕组相连，所述副边引出端与所述副边绕组相连，所述外壳外形为长方体；
所述高频变压器损耗测量系统包括温度测量装置、损耗测量装置和处理装置，所述损耗测量装置包括绕组损耗测量装置和/或磁芯损耗测量装置，其中，
所述温度测量装置用于测量所述外壳表面的温度；
所述绕组损耗测量装置用于与所述原边引出端连接，并且用于在所述原边引出端上施加直流电压并测量所述原边引出端上的第一电压以及所述原边引出端中的第一电流；
所述磁芯损耗测量装置用于分别与所述原边引出端和所述副边引出端连接，并且用于在所述原边引出端上施加交流电压并测量所述副边引出端上的第二电压和所述原边引出端中的第二电流；
所述处理装置用于：
执行确定第一对应关系的第一对应操作，和/或，执行确定第二对应关系的第二对应操作，其中，所述第一对应关系是所述高频变压器的绕组损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系，所述第二对应关系是所述高频变压器的磁芯损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系；
基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系，其中，所述第三对应关系是所述高频变压器的总损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系；
基于所述第三对应关系以及实际温度数据，确定所述高频变压器在待测工况下的实际总损耗，其中，所述实际温度数据是所述温度测量装置在所述高频变压器处于所述待测工况下时测量获得的温度数据；
其中，所述第一对应操作包括：基于在绕组损耗校准阶段所述绕组损耗测量装置测量获得的所述第一电压的电压数据和所述第一电流的电流数据以及所述温度测量装置测量获得的温度数据，确定所述第一对应关系；
所述第二对应操作包括：基于在磁芯损耗校准阶段所述磁芯损耗测量装置测量获得的所述第二电压的电压数据和所述第二电流的电流数据以及所述温度测量装置测量获得的温度数据，确定所述第二对应关系，其中，在所述磁芯损耗校准阶段，所述高频变压器置于空载状态。
2.根据权利要求1所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述温度测量装置包括热成像仪。
3.根据权利要求1所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述温度测量装置包括温度传感器。
4.根据权利要求1至3任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述绕组损耗测量装置包括直流电源、电流表、电压表和第一开关，其中，
所述直流电源用于与所述原边引出端连接，并用于提供所述直流电压；
所述电压表与所述直流电源并联，用于测量所述第一电压；
所述电流表与所述直流电源串联，用于测量所述第一电流；
所述第一开关与所述直流电源串联，用于连通或断开所述直流电源与所述原边引出端之间的连接通路。
5.根据权利要求1至3任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述磁芯损耗测量装置包括交流电源、示波器装置和第二开关，
所述交流电源用于与所述原边引出端连接，并用于提供所述交流电压；
所述示波器装置用于测量所述第二电压和所述第二电流，其中，所述示波器装置包括示波器、电压探头和电流探头，所述电压探头和所述电流探头分别与所述示波器连接，所述电压探头用于与所述副边引出端连接，所述电流探头与所述交流电源连接；
所述第二开关与所述交流电源串联，用于连通或断开所述交流电源与所述原边引出端之间的连接通路。
6.根据权利要求1至3任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述处理装置分别与所述温度测量装置和所述损耗测量装置连接。
7.一种高频变压器损耗测量方法，应用于根据权利要求1至6任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其中，所述高频变压器损耗测量方法包括校准步骤和损耗测量步骤，所述校准步骤包括绕组损耗校准步骤和/或磁芯损耗校准步骤，
所述绕组损耗校准步骤包括：
在所述绕组损耗校准阶段，利用所述绕组损耗测量装置在所述原边引出端上依次施加多个不同幅值的直流电压，并测量与所述多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一电压电流数据，每组第一电压电流数据包括与当前幅值的直流电压相对应的所述第一电压的第一电压数据以及所述第一电流的第一电流数据；
在所述绕组损耗校准阶段，利用所述温度测量装置测量与所述多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一温度数据；
利用所述处理装置基于所述多组第一电压电流数据计算与所述多个不同幅值的直流电压一一对应的多个绕组损耗值；
利用所述处理装置确定所述多个绕组损耗值与所述多组第一温度数据之间的对应关系，以获得所述第一对应关系；
所述磁芯损耗校准步骤包括：
在所述磁芯损耗校准阶段，利用所述磁芯损耗测量装置在所述原边引出端上依次施加多个不同幅值的交流电压，并测量与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二电压电流数据，每组第二电压电流数据包括与当前幅值的交流电压相对应的所述第二电压的第二电压数据以及所述第二电流的第二电流数据；
在所述磁芯损耗校准阶段，利用所述温度测量装置测量与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二温度数据；
利用所述处理装置基于所述多组第二电压电流数据计算与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值；
利用所述处理装置确定所述多个磁芯损耗值与所述多组第二温度数据之间的对应关系，以获得所述第二对应关系；
所述损耗测量步骤包括：
在所述高频变压器处于所述待测工况下时，利用所述温度测量装置测量获得所述实际温度数据；
利用所述处理装置基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系；
利用所述处理装置基于所述第三对应关系以及所述实际温度数据，确定所述高频变压器在所述待测工况下的实际总损耗。
8.根据权利要求7所述的高频变压器损耗测量方法，其特征在于，利用所述处理装置基于所述多组第二电压电流数据计算与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值包括：
利用所述处理装置，按照如下公式(1)计算所述多个磁芯损耗值中的每个磁芯损耗值Pc：
其中，Te为当前幅值的交流电压的变化周期，n12为所述原边绕组与所述副边绕组的匝数之比，u2为与所述当前幅值的交流电压相对应的所述第二电压数据，i2为与所述当前幅值的交流电压相对应的所述第二电流数据，dt为时间的微分。
9.根据权利要求7所述的高频变压器损耗测量方法，其特征在于，在所述温度测量装置包括热成像仪的情况下，所述温度测量装置测量获得的温度数据包括与所述外壳所有表面上的多个温度区域一一对应的多个温度值，每个温度区域具有对应的面积，
所述利用所述处理装置基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用所述处理装置，将所述第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地或者将所述第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(2)和(3)中进行拟合，以计算α1,α2:
P＝∫Γ(α1+α2T)TdA 公式(2)；
T＝T1-T0 公式(3)；
其中，P为绕组损耗值或磁芯损耗值；T1为第一温度数据中的每个温度值或第二温度数据中的每个温度值；T0为环境温度值；dA为面积的微分；Γ为所述外壳所有表面的面积；α1,α2为常数系数；
所述利用所述处理装置基于所述第三对应关系以及所述实际温度数据，确定所述高频变压器在所述待测工况下的实际总损耗包括：
利用所述处理装置，在确定α1,α2之后，将所述实际温度数据代入公式(4)和(5)中，计算获得所述实际总损耗：
P′＝∫Γ(α1+α2T′)T′dA 公式(4)；
T′＝T′1-T′0 公式(5)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′1为与所述待计算的总损耗值相对应的温度数据中的每个温度值；T′0为环境温度值；其中，所述第三对应关系采用公式(4)和(5)表示。
10.根据权利要求7所述的高频变压器损耗测量方法，其特征在于，在所述温度测量装置包括温度传感器的情况下，所述温度测量装置测量获得的温度数据包括与所述外壳的六个表面一一对应的六组温度数据，每组温度数据包括对应表面上的至少一个特征点处的温度值，其中，每个特征点用于表征对应表面上的特定表征区域，所述六个表面上的任意两个特征点所表征的表征区域不重合，且所述六个表面中的任一当前表面上的所有特征点所表征的表征区域相加后覆盖整个所述当前表面，
所述利用所述处理装置基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用所述处理装置，将所述第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地或者将所述第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(6)和(7)中进行拟合，以计算α3,α4:
Ti＝T2i-T0 公式(7)；
其中，P为绕组损耗值或磁芯损耗值；T2i为第一温度数据中的第i个特征点的温度值或第二温度数据中的第i个特征点的温度值；T0为环境温度值；Ai为第i个特征点所表征的表征区域的面积；α3,α4为常数系数；其中，i＝1,2……,N1，N1是所述六个表面上的所有特征点的总数目；
所述利用所述处理装置基于所述第三对应关系以及所述实际温度数据，确定所述高频变压器在所述待测工况下的实际总损耗包括：
利用所述处理装置，在确定α3,α4之后，将所述实际温度数据代入公式(8)和(9)中，计算获得所述实际总损耗：
T′i＝T′2i-T′0 公式(9)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′2i为与所述待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第i个特征点的温度值；T′0为环境温度值；其中，所述第三对应关系采用公式(8)和(9)表示。
11.根据权利要求7所述的高频变压器损耗测量方法，其特征在于，在所述温度测量装置包括温度传感器的情况下，所述温度测量装置测量获得的温度数据包括与所述外壳的六个表面一一对应的六组温度数据，每组温度数据包括对应表面上的至少一个特征点处的温度值，其中，每个特征点用于表征对应表面上的特定表征区域，所述六个表面上的任意两个特征点所表征的表征区域不重合，且所述六个表面中的任一当前表面上的所有特征点所表征的表征区域相加后覆盖整个所述当前表面，
所述利用所述处理装置基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系包括：
利用所述处理装置，将所述第一对应关系中的绕组损耗值与第一温度数据一一对应地并且将所述第二对应关系中的磁芯损耗值与第二温度数据一一对应地，代入如下公式(10)-(16)中进行拟合，以计算α5,α6,α7,α8,γw,γc:
P＝P1+P2 公式(10)；
其中，
Ti＝T3i-T0 公式(13)；
tj＝T3j-T0 公式(14)；
P1、P2同时还满足：
P1＝γwPw+γcPc 公式(15)；
P2＝(1-γw)Pw+(1-γc)Pc 公式(16)；
其中，Pw为绕组损耗值；Pc为磁芯损耗值；P为总损耗值；T3i为第一温度数据中的第i个特征点的温度值或第二温度数据中的第i个特征点的温度值；T3j为第一温度数据中的第j个特征点的温度值或第二温度数据中的第j个特征点的温度值；T0为环境温度值；Ai为第i个特征点所表征的表征区域的面积；Aj为第j个特征点所表征的表征区域的面积；α5,α6,α7,α8,γw,γc为常数系数；其中，第i个特征点属于所述六个表面中的第一组表面，第j个特征点属于所述六个表面中的第二组表面，i＝1,2……,N1，N1是所述第一组表面上的所有特征点的总数目，j＝1,2……,N2，N2是所述第二组表面上的所有特征点的总数目，其中，所述第一组表面中的每个表面是与变压器绕组之间的距离比与所述磁芯之间的距离更近的表面，所述第二组表面中的每个表面是与所述磁芯之间的距离比与所述变压器绕组之间的距离更近的表面，所述变压器绕组包括所述原边绕组和所述副边绕组；
所述利用所述处理装置基于所述第三对应关系以及所述实际温度数据，确定所述高频变压器在所述待测工况下的总损耗包括：
利用所述处理装置，在确定α5,α6,α7,α8,γw,γc之后，将所述实际温度数据代入公式(17)-(21)中，计算获得所述总损耗：
P′＝P′1+P′2 公式(17)；
其中，
T′i＝T′3i-T′0 公式(20)；
T′j＝T′3j-T′0 公式(21)；
其中，P′为待计算的总损耗值；T′3i为与所述待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第i个特征点的温度值；T′3j为与所述待计算的总损耗值相对应的温度数据中的第j个特征点的温度值；T′0为环境温度值；其中，所述第三对应关系采用公式(17)-(21)表示。
12.根据权利要求11所述的高频变压器损耗测量方法，其特征在于，所述高频变压器损耗测量方法还包括：
利用所述处理装置，在确定α5,α6,α7,α8,γw,γc之后，将所述实际温度数据代入所述公式(18)-(21)以及如下公式(22)-(23)中，计算获得所述高频变压器在所述待测工况下的绕组损耗和磁芯损耗：
P′1＝γwp′w+γcp′c 公式(22)；
P′2＝(1-γw)p′w+(1-γc)p′c 公式(23)；
其中，p′w为待计算的绕组损耗值；p′c为待计算的磁芯损耗值。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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