2022磁性材料高励磁损耗测量方法

磁性材料高励磁损耗测量方法II目 次112范引文件 13语定义 14号代和略语 15术25.1仪和25.2试样 45.3测条件 5量6交功6有值法 9直功106.4量1211磁性材料高励磁损耗测量方法范围本标准规定了软磁磁性材料在高励磁下损耗的测量方法和测量技术要求。本标准适用于电子设备、开关电源和功率变换设备中感性元件的软磁磁性材料。GB/T9637磁性材料与元件GB/T20874磁性零件有效参数的计算GB/T28869.1软磁材料制成的磁心测量方法第1部分：通用规范GB/T28869.22GB/T28869.33GB/T9637GB/T28869.1GB/T28869.2GB/T28869.33.1高励磁highexcitation为测量在给定磁通密度下的磁心损耗或磁导率所需施加的激励。SI10f：激励的频率，单位赫兹（Hz）；Ts：激励的周期，单位秒（s）；Bm（A/m）；Pc（W）；Pw：绕组损耗，单位瓦特（W）；Pcv（（W/m3）；Ae（le：试样的有效磁路长度，单位为米（m）；Ve：试样的有效体积，单位为立方米（m3）；（d（；N2：感应绕组的匝数；N1：励磁绕组的匝数；：圆周率。22激励源总则本标准引入的激励源包括正弦波激励源和方波激励源（占空比为0.5的矩形波）。当选择磁通密度（±0.1%1%1式中：

Bm

22Urms2f

················································(1)Us——V当励磁电压是方波（占空比为0.5的矩形波）时，如图1所示（负半波与正半波波形一样）。过冲Uo应小于方波幅值的5%，顶降UD应小于方波幅值的2%，上升时间tr和下降时间tf应小于周期的1%，方波激励中直流偏磁不应超过方波幅值的2%。励磁电压是方波时，则磁通密度峰值计算见公式（2）。式中：

Bm

Um4f

··················································(2)U——%Um%UmUOUD1000trt0.5Tsft(s)说明：tr——上升延迟时间；33tf ——UD——Uo——

图1方波波形图对于任意波形励磁电压的磁通密度峰值计算见公式（3）：式中：

Bm

U4f

··················································(3)U——任意波形励磁电压整流后的平均值，单位伏特（V）。总则1%电压表宜采用精度小于0.2%的电压表。数据采集器的采样率应不低于256个点每周波和分辨率应不低于12位。传感器采样电阻器电阻值的误差应不大于0.1%（4：R2R22a式中：

LRtan(φ) (5)2fR——a——测试频率下采样电阻电压的最大允许相对增加值，无量纲；——采样电阻上电压和电流相位差，单位弧度（rad）。示例：若014331-rd0.25,R1,f00k1500150020.0011tan(0.025)L 2500103因此采样电阻的寄生电感感值应满足：L0.1389nH。

··············································(7)440.5%0.000436350.025。测量电路中的连接应尽可能短，测量通道之间的相位差在测量频率范围内应满足公式（8）：式中：P ——

P

······················································(8)QC示例:

——

fHm2Pcv

品质因数，无量纲。，若P=1%,QC=5,则有：0.010.002···················································(9)5若励磁为非正弦波，则应计算各次谐波下的相位差。1。试样磁心试样的磁心应去磁（按GB/T28869.1执行）。绕组试样的自谐振频率应高于测试频率的10倍。双绕组1，单绕组（10）PI 2R

·····················································(10)w rms dc55式中：Irms——励磁电流的有效值，单位安培（A）；Rdc——绕线的直流电阻，单位欧姆（）。（12）(d/(2))2(d/(2))2(d/(2)1)2

······································(11)PI 2R

·····················································(12)式中：d —— ——m)；

w rms acIrms——励磁电流的有效值，单位安培（A）；Rac——绕线的交流电阻，单位欧姆（）。（14）nni(t)Irmskk1

2cos(k2ftk) (13)nPI 2Rn

··················································(14)w rmsk ackk1式中：i(t) ——（A）；Irmsk——励磁电流中k次谐波电流的有效值，单位安培（A）；k ——k（rad）；n ——n1%；Rack ——k（）。LCR20试样的有效截面积Ae、有效磁路长度le和有效体积Ve的计算参照GB/T20874。（本标准中的测量方法是测量磁性材料损耗的有效量。试样磁心应在稳定和可重复的磁状态下进行测量，应消除材料的各种剩磁和时间效应。测量全过程66完成时间需要根据磁心材料损耗对温度的敏感性确定。对铁氧体磁心，建议时间不超过3秒，对磁粉心磁心不应超过10秒，测试结束应及时断开激励源避免磁心过热。概述磁性材料高励磁损耗测量方法有四种：交流功率法、有效值法、直流功率法和量热法。90直流功率法测量方波激励下磁心损耗，需较大功率恒压源和DC/AC逆变电路产生方波，测量精度受DC/AC逆变电路损耗的影响但可采取某些措施消除或校准。表1磁性材料损耗测量方法比较测量方法励磁波形激励源绕组损耗的分离阻抗角的影响频率的影响交流功率法任意高频大功率激励源可分离（双绕组）有影响有影响有效值法正弦高频大功率激励源可分离（双绕组）有影响有影响直流功率法方波或PWM波恒压源不可分离无影响有影响量热法任意无要求不可分离无影响无影响概述交流功率法基本电路如图2所示。i高频激励i高频激励源**电流传感器+N1 N2u2DUT_高频激** +N1励DUT源+uR_RN2u_a)绕绕试，阻采励电流 b）双组制样流探采励电流N1+ RN1+ Ru_DUTR高频激励源i电流传感器N1DUT高频激励源u1 u1__c)单绕绕试，采样磁流 d）单组制样流探采励电流77R——电阻器N1——N2——电源：高频激励源——信号发生器+功率放大器或DC/AC逆变电路图2交流功率法测量电路图高频激励源由信号发生器和功率放大器组成或者DC/AC逆变电路。N1N2根据励磁电流和感应电压以及激励源的电压和电流容量设计励磁绕组N1的匝数和线径，推荐感应绕组N2的匝数等于励磁绕组N1的匝数，感应绕组N2的线径可以很小。R5.1.3.1数据采集器参照5.1.2.3。测量步骤如下：GB/T28869.1）2abcd（2中和）1式中：

Pcv

1STsVeTS

(t)i(t)

······································（15）(t)i(t)

——V——A当试样双绕组绕制时（如图2中a）和b）所示），磁性材料损耗密度的计算见公式（16）：式中：

Pcv

1N1SN2S

u2(t)i(t)

···································（16）u2t)——Vit) ——A根据磁性材料损耗计算公式可以推导励磁电压为正弦波时的相对误差公式(17)：PPUUII tanPPUUII

·······································（17）88式中：P——P——U——VU——VI——A；I ——A因此，交流功率法测量磁性材料损耗的相对误差由三个部分构成：当试样的阻抗角趋于90时，微小的相位误差也会产生非常大的测量误差。B-HB-H分析仪法是指利用仪器内部数据采集器采样感应电压和励磁电流计算磁通密度和磁场强度，B-H磁滞回线的面积即是一周期磁心损耗。注：现有B-H分析仪的通道是共地的，励磁线圈和感应线圈应采用同名端共地，否则两线圈间的分布电容和电压差会产生测量误差。注：名端接地；对于通道非隔离的功率分析仪，应采用同名端共地。318)。S式中：S

Pcv

1TsVe

(t)i(t)dt （18）(t)—— NL**+NDUTuNL**+NDUTu1RC_高频激励源iCiCCNLRDUT高频激励源i+u1_元件：

并电容 b）联99R ——N1——励磁绕组N2——感应绕组C ——可调电容概述

图3电容无功补偿法电路图有效值法利用高精度有效值电压表测量图4中U1和U2，利用公式计算磁心损耗。有效值法基本电路如图4所示。+*+*+N*+N_SDUT+1RU___+*++NN_*DUT+RU___b)元件：DUT——被测试样R ——采样电阻N1 ——励磁绕组N2 ——感应绕组电源：US

——正弦激励源

图4有效值法电路图高频激励源是正弦电压激励源。N1N2N1N2N2R该电阻器是无感电阻器，其阻值由被测的电流峰值决定且应满足功率要求。该电阻规范应该满足5.1.3.1。也可采用同轴分流器。6.3.3.4有效值电压表有效值电压表参照5.1.2.1。1010测量步骤如下：GB/T28869.1）4a）4a）U14b）4b）U2（20）采用无感电阻器R，则利用公式（20）得到磁性材料损耗：U2U2U21 24RN2/N1

·············································（19）2U12U1dU12U2dU2式中：

dPP

4URU3cos()

)

···························（20）dP ——P ——性料耗单瓦特dU，U2 ——压效测误，单伏R ——样阻的值单位姆 ——（d ——（rad）当试样的阻抗角趋于90时，微小的相位误差会产生非常大的测量误差。概述DC-ACLN1DUTDC/AC逆变电路ILN1DUTDC/AC逆变电路iiUi1111元件：DUT ——被测试样DC/AC逆变电路——全桥电路或半桥电路电源：Ui ——直流电压源Ui可采用合适功率的直流电压源。DC/AC

图5直流法电路图可采用全桥逆变电路或半桥逆变电路等。DUT根据试样DUT伏秒积设计试样的匝数，根据最大电流设计绕线的线径。测量误差应小于0.1%。测量步骤如下：GB/T28869.1）5UiDC/ACPWMUi(22)和(23)：-UiIiDC (21)-(22)式中：Pn——流源i输功率单瓦Ui ——入流励电值，位特_DC——入电的流量，位培Pex——PexPwPcUiUiIi_DC6.4.6.1逆变电路损耗补偿推荐采用空心电感作为定标标准，通过定标补偿逆变电路损耗。12126.4.7.1差值直流功率法DC/AC6S（24UiS（2(23)(24)式中：P1、P2——iPex1Pex2——（P1 ——；Pc ——若被测试样的感值远大于参考电感器的感值，则被测试样的接入对DC/AC逆变器的工况和损耗基本没有影响，因此有：则被测试样的损耗为：

(25)(26)SL1N1DUTDC/AC逆变电路SL1N1DUTDC/AC逆变电路iiUi元件：DUT——被测试样S ——开关L1 ——参考电感器量热法概述

图6差值直流功率法电路图测量被测件损耗在热工质中的发热引起的温升获得磁心损耗。被测试样的励磁波形可以是任意波形，也可施加直流偏磁。量热法基本原理如图7所示。1313温度传感器温度传感器DUT热工质高频激励源元件：DUT ——电源：高频激励源——高频电压源或DC/AC逆变电路图7量热法原理图可采用合适功率的恒压源。高频交流电压源或DC/AC逆变电路。定标电阻的阻值由被测试样的损耗决定，应有很低的热温度系数。0.1°C。隔热容器的保温性能应非常好。热工质推荐硅油作为热工质。DUT应根据试样的励磁伏秒积设计试样匝数。测量步骤如下：GB/T28869.1）7141428(29)。WCmT (27)式中：

Pcv

Wt

·····················································(28)W ——C ——J/(kg·°C)；m ——（