【2019年整理】铁氧体磁芯高频损耗的有效值法测量(20210125121526)

铁氧体磁芯高频磁化曲线的测量原理及电路设计
刘玳珩
【期刊名称】《磁性材料及器件》
【年(卷),期】2000(031)003
【摘要】介绍了10～50kHz频率下功率铁氧体磁芯磁化曲线的测量方法和实用电子测量电路的设计,给出了实际的测量结果.该设计方案和测量方法可用于企业实验室的产品测量和检验产品的研制开发.
【总页数】5页(P49-53)
【作者】刘玳珩
【作者单位】华中理工大学电子科学与技术系,湖北武汉 430074
【正文语种】中文
【中图分类】TM277,0441.5
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铁氧体磁芯损耗检测方法铁氧体磁芯是一种常用的电磁材料，广泛应用于变压器、电感器、滤波器等电子器件中。

然而，随着电子技术的不断发展，对磁芯的性能要求也越来越高。

其中一个重要的指标就是磁芯的损耗。

本文将介绍铁氧体磁芯损耗检测的方法。

一、引言磁芯的损耗是指在交流磁场中，磁芯吸收的能量转化为热能的过程。

损耗的大小直接影响磁芯的工作温度和效率，因此对磁芯损耗的检测十分重要。

二、检测方法铁氧体磁芯损耗的检测方法主要有以下几种。

1. 标准方法标准方法是最常用的磁芯损耗检测方法之一。

该方法通过将磁芯与标准电源相连，测量电源输出功率与输入功率的差值来计算磁芯的损耗。

这种方法简单易行，但需要专用的测试设备和标准电源。

2. 电流法电流法是一种间接测量磁芯损耗的方法。

它通过测量在给定电流下磁芯两端的电压来计算损耗。

这种方法不需要专用的测试设备，只需用万用表等常见的电子仪器即可完成。

3. 报警法报警法是一种简便快捷的磁芯损耗检测方法。

该方法通过设置一个损耗阈值，当磁芯的损耗超过该阈值时，触发报警器发出警报。

这种方法适用于对磁芯损耗要求不高的场合，但无法准确测量损耗的具体数值。

4. 热敏电阻法热敏电阻法是一种利用热敏电阻测量磁芯温度的方法，并根据热阻特性计算出磁芯的损耗。

这种方法需要在磁芯上安装热敏电阻，并借助温度测量仪器进行测量。

5. 磁化损耗法磁化损耗法是一种通过测量磁芯在交变磁场中的磁化损耗来计算其总损耗的方法。

该方法需要使用特殊的测试设备和电源，并对磁芯进行复杂的磁化操作。

三、实验步骤以下是一种常见的铁氧体磁芯损耗检测实验步骤。

1. 准备工作：将磁芯和测试设备准备好，确保电源和仪器的连接正确。

2. 设置参数：根据实际需求，设置测试设备的参数，如电流大小、频率等。

3. 测量数据：开始进行测量，记录电源输出功率和输入功率的数值。

4. 计算损耗：根据测量数据，使用相应的公式计算出磁芯的损耗值。

5. 分析结果：根据计算结果，分析磁芯的损耗情况，判断其是否符合要求。

铁氧体磁损耗正切0.02 -回复铁氧体磁损耗正切0.02，解析铁氧体磁损耗现象及其影响因素引言：铁氧体是一种重要的磁性材料，具有广泛的应用领域。

在使用过程中，铁氧体材料会存在磁损耗现象，其中磁损耗正切是用来描述材料磁损耗性能的重要参数之一。

本文将以铁氧体磁损耗正切为主题，逐步解析铁氧体磁损耗现象及其影响因素。

一、铁氧体磁损耗概述1.1 磁损耗的定义磁损耗是指材料在交变磁场中，由于磁滞、涡流和分子铁耗等因素而导致的能量损耗。

磁损耗正切是指材料中的有功磁通和无功磁通之间的能量损耗比例，是表示磁性材料内部耗磁过程的能量耗散情况的重要指标。

1.2 铁氧体的特点铁氧体是一种特殊的磁性材料，具有较低的磁导率和磁饱和感应强度，以及较高的电阻率和磁导率失配因子。

铁氧体材料在交变磁场中存在磁损耗现象，磁损耗正切是衡量其性能的重要指标。

二、铁氧体磁损耗现象的产生原理2.1 磁滞损耗磁滞是指材料在磁场中发生磁矩翻转时所需要的能量。

铁氧体材料在交变磁场中，由于磁矩翻转的频率和幅值，会产生一定的磁滞损耗。

磁滞损耗随着磁损耗正切的增加而增加。

2.2 涡流损耗交变磁场作用下，铁氧体材料中的涡流会产生感应电动势，进而产生涡流，从而导致能量损耗。

涡流损耗随着磁损耗正切的增加而增加。

2.3 分子铁耗分子铁耗是指材料分子内部因分子结构的存在而导致的能量损耗。

铁氧体材料内部分子之间的摩擦和碰撞会产生能量耗散，从而产生分子铁耗。

分子铁耗随着磁损耗正切的增加而增加。

三、影响铁氧体磁损耗正切的因素3.1 结晶度铁氧体材料的结晶度高，晶粒尺寸均匀，表面光洁度好，因此磁损耗正切较小。

相反，若结晶度低，晶粒尺寸不均匀，表面粗糙度高，导致涡流产生增加，从而磁损耗正切增加。

3.2 磁性材料成分铁氧体材料的成分对磁损耗正切具有重要影响。

在一定范围内，增加稀土元素（如镝、铽）的含量可以减小磁滞损耗，降低磁损耗正切；而过量添加稀土元素则会导致磁滞损耗增大，磁损耗正切增加。

高频磁件损耗的量热法测量技术的新方法
王靖;焦海波;李琴;唐良凡
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2017(051)001
【摘要】针对现有测量法测量高频或低损耗角的磁器件损耗时误差大的问题,量热法通过测量被测件损耗导致的温度变化得到损耗,不因磁件的激励所影响,理论上是最精确的磁芯损耗测量方法.但已提出的量热法耗时大且没有避免大量的误差,不适用于工程上精确损耗测量的要求.分析了量热法的误差成分,使用更完善的定标方法减少误差.建立了量热法的装置通过实验定标验证损耗的高精度测量要求.
【总页数】3页(P115-117)
【作者】王靖;焦海波;李琴;唐良凡
【作者单位】北方民族大学,宁夏银川750000;银利电气股份有限公司,宁夏银川750000;北方民族大学,宁夏银川750000;北方民族大学,宁夏银川750000
【正文语种】中文
【中图分类】TL65+4
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软磁铁氧体磁芯的有效参数(二对于E 形磁芯,罐形磁芯与其他类似的磁芯,其几何情况比环形磁芯复杂得多,精确计算这些磁芯的磁场分布必将要化费很大的工作量,因为不仅要象环形磁芯那样考虑到通过截面的不均匀磁场分布,而且也要考虑到不同截面图1-20 矩形截面的环形磁芯处与拐角处磁力线的园弧拐弯。

因此,自1950 年起,采用了近似法。

此法是将磁芯设想或由许多相等截面AK 的单元组成,并假设在其中局部磁场强度HK 是常数,这种单元的磁路长度用lk 表示,单元具有的磁感应用Bk 表示,以及所属的相对磁导率用μk 表示,则由环路定律得:(1-37而线圈电感的定义为:(1-38将(1-37式代入(1-38式,可得:(1-39对于一个无气隙的环形磁芯,磁芯有效长度为le,有效截面积为Ae,则电感值为:(1-40比较(1-39式及(1-40式可知:同样也可计算得到:假定:则磁芯有效参数le 及Ae 可由下式计算:(1-41关于各种形状磁芯的有效磁芯参数C1 及C2 的计算方法,国际电工委员会已有推荐的标准方法,下面简单介绍U 形及E 形磁芯的分段及计算磁芯参数方法。

1 园方形截面的U 形磁芯对图1-21 示出方园形截面的U 形磁对,把磁路分成八段,但其中l1=l3'=l2'=l2',与面积A2 有关的磁路长度为l2=l2'+=l2',拐角处平均磁路长度:l4=l4''+l4''= (s+h(mml5=l5'+l5''= (p+h(mm与l4 和l5 有关的平均面积为:(mm2(mm2(mm-3图1-21 U形磁芯对2 矩形截面的E 形磁芯对E 形磁芯为一对并联磁路,现取四分之一部分进行计算。

如图1-22 所示,在四分之一部分磁路划分为五段,每段的磁路长分别为l1 到l5,半个中心柱的面积为A3,拐角处平均磁路长度按下式计算:(p+h(mm(s+h(mm与l4 和l5 有关的平均面积为:(mm2(mm2(mm-1(mm-3图1-22 矩形截面E形磁芯对。

高频磁性元件的铁芯损耗常见的测量方法分为直接法和间接法。

直接法通过测量激磁电流和感应电压来获得，主要分为数字示波器、B-H 回线法；间接法主要包括量热法、阻抗分析仪法、B-H 分析仪等方法[9,27]。

从测量的精度、方便性和我学院现有实验条件等各方面综合考虑，本项目拟采用数字示波器直接测量法实施，整体实验架构如图16所示。

图16本项目实验验证框图实验电路由四部分组成：第一部分为任意波形的发生装置，该装置能够输出任意频率、电压波形的激励信号，主要由信号发生器和功率放大器组成；信号发生器可很方便产生正弦波、矩形波、方波、脉冲波等波形，将输出信号传递给功率放大器产生对应的激磁电压加在需要测试的磁芯材料上。

针对不同的正激拓扑变压器激磁特点，我们可以通过信号发生器（或DSP ）产生驱动信号和功率放大器（或构建功率电路）来模拟隔离变压器所承受的激磁电压波形。

第二部分为由取样电阻和测量磁芯组成的测量电路，其中磁芯包含两个绕组。

一次绕组Np 施加激励电压波形；二次绕组Ns 检测感应电压。

电感是一个储能元件，并不消耗能量，理想状态下电感上的电压与电流波形相差90°，但事实上由于铜损和磁损都要消耗能量，使得电感电流信号I p (t)和电压信号U 2(t)的相差并不是90°。

由于Ip (t)和电压信号U 2(t)差异构成的损耗包括了磁损和铜损两部分，测量电感一次侧电流以及二次侧感应电压U 1(t)，就可以避免了线路中的其他损耗以及电感铜损。

在实际应用中，我们采用电压信号U 2(t)来代替直接测量电流信号I p (t)以避免电流探头引入相角误差。

第三部分是由一台NI 公司的ELVIS 智能数据采集器构成，其主要功能和数字示波器类似，可以很方便的采集电压、电流信号，并将测得的电压、电流信号送至计算机；第四部分为数据处理部分，包括数据采集器和计算机的接口，以及将测量数据进行后期处理的磁损计算。

利用ELVIS 智能数据采集器及其基于Labview 的信号采集系统编制测量磁损的程序。

最小二乘法求解磁芯损耗系数变压器是开关电源设备中的重要元件，它对开关电源设备的体积、效率有很大影响。

在高频下，变压器损耗占整个电源损耗的比重有点大。

而变压器的损耗除了铜线的损耗就是磁芯的损耗。

研究磁芯的损耗很有必要磁芯损耗与磁性材料特性和工作频率等密切相关。

在交流磁化过程中，磁芯损耗功率(Pv)由磁滞损耗(Ph)、涡流损耗(Pe)和剩余损耗(Pc)组成。

磁滞损耗(Ph)是磁性材料在磁化过程中，磁畴要克服磁畴壁的摩擦而损失的能量，这部分损失最终使磁芯发热而消耗掉。

单位体积磁芯损耗的能量正比于磁滞回线包围的面积。

每磁化一个周期，就要损耗与磁滞回线包围面积成正比的能量，所以可以得出：磁滞曲线面积越小，磁滞损耗就越小；频率越高，损耗功率越大。

涡流损耗(Pe)是因磁芯材料的电阻率不是无限大，有一定的电阻值，在高频时还是会由于激磁磁场在磁芯中产生涡流而导致损耗。

剩余损耗(Pc)是由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的损耗。

所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化而立即变化到它的最终状态，而是需要一个过程，这个‘时间效应’便是引起剩余损耗的原因。

二、磁芯损耗的经典计算方法前面对磁芯损耗的构成进行了分析，磁芯损耗功率(Pv)由磁滞损耗(Ph)、涡流损耗(Pe)和剩余损耗(Pc)组成：c e h P P P Pfe ++=对于软磁铁氧体，S te inmetz 总结出一个实用于工程计算磁芯损耗的经验公式：βαB f Cm P v **=这个公式表明单位体积的损耗Pv 是重复磁化频率和磁通密度的指数函数。

Cm ，α 和β 是经验参数，但公式和参数仅仅适用于正弦的磁化情况。

而且这个公式是steinmetz 通过很多实验数据分析得来的公式，不是理论推导出来的。

三、Steinmetz 经验公式的调整3.1 频率和温度的影响借助 Steinmetz 模型计算磁损在工程上的应用十分广泛，然而该模型的参数随频率变化，也就是说用来反映频率和最大磁感应强度与磁损关系的幂指数α 和β 的拟合值在不同频率时是不同的，同时温度对磁芯损耗的影响也很大。

铁氧体磁芯损耗模型在功率变换器中所需的全部功率元件中，磁性材料仍然是最紧关捷要的元件。

它可能是最昂贵的，开发起来最耗时间，所以预先了解其特性是非常关键的。

预知其热产生机理及温升仍是一个令人沮丧的任务，了解磁材的电性能相比之下要容易一些。

这里有两个磁损耗的模式：绕组损耗及磁芯损耗。

绕组损耗可以令人惊异地合成，而且是在大学里正在进行的博士研究课题。

研究论文在国际会议上发表。

我们开始写信给一些错综复杂的线圈损耗分析人员，并在未来送到开关电源杂志。

相比之下，磁芯损耗在多数应用中，则相对艰难地前进。

我们确实可以用测量所收集的数据来预测其性能。

这些数据通常象所有这些可变量一样足够用来做计算。

在此实践中，我们写信给进行这些表面上简单的任务的人士。

建模任务是看似经验的数据，用它为磁芯去做等效。

它可能是相当难以理解的，但结果可能非常有用，并可用于CAD设计程序。

很多制造商都没有得到，并且距这个目标还非常远。

然而我们仍需要使用曲线得到我们所需要的结果。

我们将用磁材置于我们的例子中。

这些公司被选定，系因为它们更加勤奋地致力于磁芯损耗的建模并提供结果。

可在未来可根据结构以建起更先进的模型。

磁芯损耗多数设计师是熟悉磁损耗的。

早期的课程展示的磁材的B-H曲线中描述了磁滞曲线。

那是一种在磁芯励磁时偏移的输出。

在分度EE过程后，经常包括这种如同实验室中所展示的一样。

图1展示出磁芯材料典型的曲线。

用它做电感或变压器，在一个DC/DC变换器中，电感通常要直流偏置，因此运行时会相对小距离的离开工作点。

而变压器磁芯驱动会更强烈，它会接近饱和点，而且在工作的每个周期还要返回零点。

在每个开关周期中要运行更大的磁通，就会有更大的磁芯损耗。

而BH曲线滞环的面积就决定了损耗，至少是每个周期的△B的平方的函数。

快速开关频率会有数倍的BH环向外摆出，当我们去重复这个曲线时，环路越宽，我们走的越远。

这个结果是比励磁频率的一次幂更大的结果。

磁芯损耗的物理意义是极其复杂的。

软磁铁氧体的损耗成因及解决措施摘要软磁铁氧体损耗产生，原因在于软磁材料在弱交变场，即受磁化而储能，又由于各种原因造成B落后于H而产生损耗。

软磁铁氧体的损耗分为：涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗。

对于不同的软磁铁氧体材料，影响其磁性能的损耗也有所不同。

在制造时，对于不同材料，我可以从配方及工艺出发，有针对性地提高磁性能、降低磁损耗。

关键词：磁性能磁损耗引言软磁铁氧体易磁化，也易退磁。

目前，世界上软磁铁氧体的发展趋于平衡，年均增长率为２—3％，中国一直以来以较快速度发展（约年增１０％），因为国内民用电器量激增，以及信息产业的蓬勃发展，对软磁铁氧体的需求量不断增长．软磁铁氧体也是一种用途广产量大的电子工业及机电工业和工厂产业的基础材料，它的应用影响着电子信息计算机与通讯的发展．工业生产的软磁氧体材料主要有ＭnZnFe2O4系、MgZnFe2O4 等尖晶石型铁氧体。

中国从80年代中期到90年代初期软磁材料产量迅猛发展，产量跃居世界前列！正因为如此，软磁铁氧体通常为Mn—Zn铁氧体和Ni—Zi 铁氧体两种，使其在高频电磁应用中成为最好的选择，铁氧体材料主要可以分为以下三类应用：（1）、小信号铁氧体广泛用于射频电路，通信电路，网络通信中，起信号隔离，宽带传输，信号匹配等功能。

（2）、功率传递铁氧体广泛用在AC—DC，DC—DC等开关电源的变压器和滤波电感中。

（3）、抑制电磁干扰铁氧体抑制和吸收各种传导和辐射噪声，以满足日益严格的电磁的要求。

世界各国对电子仪器及测量设备抗干扰性能也提出了更高的标准，因此以软磁铁氧体为基础的EMI磁性元件发展迅速，产品种类繁多，如电波吸收材料、倍频器、调制器等，现已成为现代军事电子设备、工业和民用电子设备的重要组成部分。

1、软磁铁氧体的涡流损耗成因及解决措施1、1涡流损耗指的是软磁材料在交流磁化时，由于电阻率很低而产生的强大涡电流，最后以焦耳热的形式散失的能量损耗。

即通过与晶体的交换作用造成的能量损耗，由于此涡流损耗在材料内部闭合；不能由导线向外输出故只能被材料吸收而发热。