铁氧体磁芯高频损耗的有效值法测量

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1、铁氧体磁芯高频损耗的有效值法测量　　代学刚，兰中文，王豪才　　(电子科技大学信息材料工程学院，四川成都610054)　　摘要：磁芯损耗的测试方法有很多，如谐振法、电桥法、功率表法等，但是这些测试方法均用在较低频率。随着功率铁氧体磁芯的使用频率越来越高，进一步研究高频下的磁芯损耗测量方法成为必要。阐述了国际电工委员会(IEC)发布的有效值法的原理，并用组成的测试系统进行了一些测试，最后对测试所得的数据进行了分析，结果表明磁芯损耗曲线与经验公式P=KBnp-p吻合。　　关键词：铁氧体;高频损耗;有效值法　　1高频下铁氧体磁

2、芯的损耗　　众所周知，铁氧体磁芯损耗(P)是由磁滞损耗(Ph)、涡流损耗(Pe)和剩余损耗(Pr)构成的。在高频功率铁氧体的配方和工艺过程中，必须细化晶粒并使晶粒均匀完整，这样可以认为剩余损耗(Pr)为一常数;而Pe和Ph与使用频率和工作磁感应强度峰-峰值Bp-p有关，当频率一定时，磁芯功率损耗Ph+Pc∝。参考磁芯损耗公式Ph=KhfmBnp-p、Pe=KefkBlp-p(其中Kh和Ke分别是磁滞损耗系数和涡流损耗系数，已有的经验公式认为m=1、k=2、n=l=1.9～2.9)，这样总的损耗可表示为P=KBnp-p。

3、那么在频率较高(大于200kHz且频率一定)时磁芯损耗是否仍然符合P=KBnp-p这种关系呢?而其中的n值又应为多少呢?这显然是一个值得研究的问题。　　2有效值法原理　　有效值法为国际电工委员会(IEC)推荐的高频下铁氧体磁芯损耗的测试方法之一，其原理见图1。图1中G为功率信号源;N1、N2、N3分别为磁化绕组(匝数为n1)、测量绕组(匝数为n2)、磁通密度测量绕组(匝数为n3);R1为电流取样电阻;A和B为有效值电压表;K1和K2为双刀开关的两个状态。磁芯中的Bp-p可由有效值表B的读数值VBrms求得。根据　　此主

4、题相关图片如下：01.jpg　　在测量中一般先确定所测的Bp-p;当双刀开关置于K1时，A表测得电压有效值VA1rms;当双刀开关置于K2时，A表测得电压有效值VA2rms。由下式可得在该频率和该磁感应强度下的磁芯损耗：　　此主题相关图片如下：02.jpg　　各绕组组成变压器，其参数等效图见图2。其中，Rs和Ls分别是变压器绕组串联等效电阻和漏电感，Lp是变压器并联等效电感;Rp是磁芯损耗等效并联电阻，Rb是有效值电压表输入阻抗反映到初级的阻抗。由于有效值电压表的输入阻抗趋于无穷大，所以Rb趋于无穷大，而绕组串联等效电

5、阻Rs和漏电感Ls很小，所以Rb、Rs和Ls对电路的影响可以忽略不计，同时将并联Lp和Rp等效为串联Lx和Rx得简化电路图3。输入电压为U=Umaxcosωt，利用三角函数的正交性和电压电流矢量分析得　　此主题相关图片如下：03.jpg　　进而得VA1与VA2的有效值表测量电压值VA1rms、VA2rms，则可以求出：　　此主题相关图片如下：04.jpg　　此主题相关图片如下：05.jpg　　测试系统包括：(1)信号源SG1643函数发生器;(2)功放JH3860;(3)有效值表hp400EL交流电压表和DA-16FS

6、(经校正);(4)示波器VP-5220A。　　3测试数据分析　　用电子科技大学功率铁氧体实验室研制的MnZn铁氧体环状样品(?15mm×7mm×5mm)分别在400kHz和500kHz下进行测量，数据如表1所列。取B的振幅值作功耗曲线图见图4。此主题相关图片如下：06.jpg　　为了进一步说明其损耗特征，我们用最佳二次逼近来拟合曲线P=KBnp-p，将式子的两端取对数得　　lgP=lgK+nlgBp-p　　即对一线性方程进行拟合，令lgBp-p=x，lgP=y，取基函数j0=1，j1=x可得　　此主题相关图片如下：07

7、.jpg　　式中，(ji，ji)和(ji，y)(i=0，1)为取权函数为1的离散内积。　　最后的计算结果表明频率f为400kHz时n=2.36;频率f为500kHz时n=2.49。　　4结语　　从以上分析可以看出，在频率f大于200kHz的高频下，当频率f一定时，铁氧体磁芯的损耗曲线仍与经验公式P=KBnp-p相吻合。有效值法是高频下磁芯损耗测试的有效方法，其特点有：(1)测试速度快，免去了电桥法和谐振法的反复调节步骤;(2)要求B是正弦波(因为当B不是正弦波时，有效值法就失效了);(3)由变压器的等效模型分析，可知有

8、效值法具有较宽的频率测试范围(理论上10kHz～1MHz);(4)测试系统简单，价廉。