高频电感绕组损耗的测量与分析
磁元件作为电器设备、电力系统和电力电子功率变换器中的重要元件，可实现磁能的传递、存储、滤波等功能。随着电力电子功率变换器向高频和高功率密度发展，特别近些年新的宽禁带半导体器件如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等的发展和应用，促进了高频磁元件的研发和应用。频率的提高，使得由磁元件所引起的EMI、分布参数、温升等问题越来越突出。磁元件损耗对磁元件设计、热设计和功率变换器效率至关重要，同时，也成为制约其发展的关键因素之一，因此研究磁元件损耗具有重要意义。
磁元件绕组损耗通常采用两种方法进行评估，一种是采用理论计算和电磁场有限元分析软件对磁元件的绕组损耗进行分析计算[1-6]，这种方法是根据绕组损耗模型或电磁场理论对磁元件绕组损耗进行理论计算，无法体现磁场、温度以及实际工况等因素对绕组损耗的影响。另一种是采用测量技术对绕组损耗进行评估，此测量技术作为研究磁元件损耗的基础，其测量精度影响着磁元件损耗的分析以及模型的建立。测量方法是获得实验数据最直接和有效的手段，目前比较常用的绕组损耗测量方法是阻抗分析法，通过阻抗分析仪测量绕组的等效电阻，再根据电阻、电流与功率的关系间接得到绕组损耗[7-9]，但这种间接方法获得的绕组损耗并没有考虑到实际工况对绕组损耗的影响。
通过测量功率获得工况下绕组损耗的方法才能真实反映绕组损耗的实际情况，由于绕组损耗和磁心损耗具有难以分离的特点，目前国内外研究者对此种绕组损耗测量方法的研究相对较少，文献[10-12]针对实际工况下绕组损耗的测量展开了研究，然而对于高频励磁下的绕组损耗的测量，这些方法仍然存在一些问题。文献[10]通过测量逆变电路在两种负载情况下的损耗而获得矩形波激励下磁元件的绕组损耗。精度会受到DC/AC逆变电路本身固有损耗的影响，且该方法无法实现对功率变换器中磁元件绕组损耗的在线测量。文献[11]提出了一种测量平面变压器绕组损耗的方法，此测量方法受负载电阻的影响很大，即负载电阻阻值的稳定性、分布电感和频率特性等会严重影响测量精度。文献[12]提出了一种磁元件绕组损耗的直接测量法，通过在被测磁元件上增加一个辅助绕组，采样流经被测绕组的电流和相应端口的电压，以获得被测磁元件的绕组损耗。该方法由于被测磁元件绕组采用了双绕组并绕方式，测量精度会受到辅助绕组和被测绕组间电容的影响，以及绕组邻近效应的影响，使得其在高频应用领域受限。正因如此，文献[12]中验证的最高频率为500kHz。
本文提出一种基于交流功率测量绕组损耗的方法，可以有效地降低测量阻抗角，分析了这种测量方法的工作原理、特点及主要影响因素，最后，通过实验验证测量方法的准确度。
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